Güneş Pillerinin Verimliliği Artıyor

Güneş Pillerinin Verimliliği Artıyor

0
PAYLAŞ

Alternatif güneş pilleri ile verimlilik ve kararlılık artıyor

İmperial araştırmacıları, geleneksel sert silikon panellere rakip olarak ucuz ve daha esnek güneş enerjisi malzemeleri tasarlamaktadır. Güneş pilleri güneş ışığını elektrik enerjisine çeviren ışık emici malzemelerden oluşur. Kaplama alanlarında veya evlerin çatılarında kullandığımız paneller öncelikle silikondan yapılır. Bununla birlikte, silikon paneller enerji üretmek için enerji açısından yoğun ve de kullanım açısından esnek değildir[1].

Şekil 1. Silikon tabaka, güneş hücreleri, güneş paneli.

Dünyadaki araştırma grupları, mürekkeplerden basılabilen esnek ‘organik‘ maddelere (plastikler) dayanan alternatif malzemeler üzerinde çalışıyorlar. Bu araştırma pencerelerde şeffaf güneş modüllerinin yanı sıra büyük ölçekli elektrik jeneratörlerine hatta esnek giyilebilir güneş panellerine yol açabilir. Organik güneş malzemeleri çok fazla vaat sunuyor, ancak silikon panellerle rekabet edebilmeleri için hala üstesinden gelmesi gerekilen zorluklar var. Örneğin, organik ‘perovskite‘ malzemelerden yapılmış güneş pilleri, zayıf kararlılığa sahiptir – hücreler çoğu zaman güneş ışığında birkaç saat içinde parçalanırlar ve kurşun gibi zehirli elementleri içerirler.

Imperial Kimya Bölümü’nden doktora öğrencisi Andrew Wadsworth, organik güneş pilleri geliştiren bir ekibin bir üyesi. Hayley Dunning, Andrew ile cihaz performansını geliştiren veya engelleyen faktörler konusunda konuştu.

Şekil 2. Andrew Wadsworth.
Ne tür güneş pilleri araştırıyorsunuz ve zorluklarından biraz bahsedermisiniz?

Grubumuz yarı iletken tabanlı poli (3-heksiltiofen) (P3HT) adı verilen polimerik bir malzeme ile çalışıyor. P3HT, geniş ölçekte üretilebilen ve bildirilen yüksek performanslı polimerlerin çoğuna kıyasla çok daha kararlı olan yarı iletken polimerlerden biridir.

P3HT

Bununla birlikte, yakın zamana kadar, P3HT tabanlı güneş pilleri, diğer birçok polimer güneş pilleriyle karşılaştırıldığında, perovskite ve silikon hücreler kadar olmasa da mütevazı bir performans sunabilmişlerdir. Ayrıca polimer güneş pilleri çoğu zaman zayıf kararlılığa sahiptir.

P3HT hücrelerini nasıl geliştiriyorsunuz?

Organik güneş pilleri tipik olarak iki malzemeden oluşan bir sistemden oluşur- birincisi güneş ışığına (elektron verici) yanıt olarak elektronlar üretir ve ikincisi bu elektronları -elektrik yüklerini- enerji yaratmak için alır (elektron alıcı). Son birkaç yılda, ışığı (farklı dalga boylarında elektron verebilen) emebilen ve elektron üretebilen elektron alıcılarını tasarlayan bu sistemi geliştirdik. Bu, elektrik enerjisine dönüştürülebilen güneş enerjisi yüzdesini (toplam güç dönüştürme verimliliğini) artırır.

Şekil 4. UV ışığı alıcı verici moleküllere düşerek elektron üretir.

Yakın zamanda P3HT tabanlı sistemlerden daha verimli ve daha kararlı bir sistem icat ettik. Çoğu hücrede sadece bir elektron verici ve bir elektron alıcısı bulunurken, bir elektron veren ve iki farklı elektron alıcısı kullanan bir sistem geliştirdik. Bu üçlü güneş pili olarak bilinir [2]. İkinci elektron alıcısının ilavesinin verimlilik, işlemsel kararlılık ve depolama ömrünü artırdığı gösterildi.

Verimlilikleri silikon güneş pilleri ile karşılaştırıldıklarında nasıldır?

En iyi silikon aygıtlar, şu an %25’ten fazla verimlilik ve iyi bir kullanım ömrü sunuyor. Perovskitler (ABX3 yapısında, örn.: CaTiO) bu etkinliklere yaklaşabilir (%22, 2016), ancak kararlılık ve çevre koşulları kendilerini uygun bir alternatif oluşturmalarını engeller.

Şekil 5. Pervoksit ABX3 kristal yapısı.

Yeni P3HT üçlü hücrelerimiz yaklaşık yüzde sekiz verimlilik sağlayabilir. Silisyum hücrelerden daha düşük verime rağmen, üçlü güneş pilinin enerji geri dönüşümü daha iyidir. Bu yeni hücrelerimizde daha az enerjinin üretim sürecine yatırılması gerektiğinden silikon hücrelere karşı bir avantaj oluşturur. Altta verilen PCE10 makromolekülü ile %11 verime ulaşmışlardır[3].

Şekil 6. PCE10 makromolekülünün kimyasal yapısı.
Hangi zorluklar devam ediyor?

Üçlü sistemimizdeki P3HT tabanlı organik güneş pillerinin kararlılıkları konusunda büyük ilerleme kaydedildiği halde, performans limitlerine tam olarak ulaşamadık ve bunu daha da araştırmak için çok çalışıyoruz. Ayrıca, üçlü hücrelerimizin elde edebileceği verimliliği, kararlılıktan ödün vermeden iyileştirmek, böylece ticari açıdan daha cazip kılmak istiyoruz.

 

Kaynaklar

  1. https://techxplore.com/news/2017-01-alternative-solar-cells-ramp-efficiency.html
  2. doi:10.1038/nphoton.2015.128
  3. DOI: 10.1038/nmat4797

ZD

 

 

BİR CEVAP BIRAK

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.