Perovskit güneş pillerinde trifloroasetat ile verim artışı

Organik-inorganik kurşun halojenür perovskit güneş pilleri (PGP), küçük alanlı tek bağlantı hücreleri için güç dönüşüm verimliliklerinde (GDV) %26’yı aşarak ve perovskit-silikon tandem hücreleri için %33’ün üzerinde bir değere ulaşarak önemli bir ticari potansiyel göstermiştir. PGP’lerin hızlı bir şekilde ticarileştirilmesi için kararlılığının sağlanması şarttır ve hem üst perovskit arayüzü hem de yığın bölgesi içindeki kusurların etkili bir şekilde azaltılmasını gerektirir. Bu nedenle, perovskitlerin hem arayüzey hem de yığın bölgesini kararlı hale getirebilmek için yüzey pasivasyonu, katkı mühendisliği veya işlem sonrası yöntemler üzerine kapsamlı araştırmalar yapılmıştır.¹

Bu araştırmalardan birini gerçekleştiren UNIST Enerji ve Kimya Mühendisliği Okulundan ortak bir araştırma ekibi, gerçekleştirdikleri çalışma ile perovskit güneş pili üretimindeki önemli zorlukları ele alarak verimliliklerini ve kararlılıklarını kayda değer ölçüde artırırken, söz konusu pillerin ticarileşme potansiyellerinin artmasının önünü açtılar. Yapılan çalışma Energy & Enviromental Science dergisinde yayınlandı.²

Profesörler Jin Young Kim liderliğindeki ekip, perovskit fotoaktif katman ile elektron taşıma katmanı arasına çift yönlü bir koordinatör yerleştirerek iyon düzenlemesi üzerinde hassas bir kontrol sağladı. Bu sayede, yapısal düzensizlikleri önemli ölçüde azaltarak cihaz performansını iyileştirdi.

Perovskit güneş pilleri, yüksek verimlilikleri ve düşük üretim maliyetlerine rağmen yapısal kusurlar nedeniyle ticarileşme sürecinde önemli engellerle karşılaşmaktadır. Gerçekleştirdikleri çalışma ile araştırma ekibi, söz konusu kusurları azaltmak amacıyla perovskit tabaka ile elektron taşıma tabakası (ETT) olarak kullanılan kalay oksit alt tabaka arasına trifloroasetat (TFA–) iyonları ekledi.

TFA– da bulunan karboksilat grubu (-COO–) kalay oksit ile sıkıca bağlanıp yapısal kararlılığı artırırken, organik baş grup triflorometil (-CF3) ise perovskit tabakası ile etkileşime giren çift yönlü moleküler ayarlama yolu sayesinde karşılaşılan yapısal kusurları etkili bir şekilde azaltmaktadır. 

Bu yaklaşım sayesinde araştırma ekibi perovskit ince filmin düzensiz yapısını kontrol ederek yük taşıyıcı hareketliliğini önemli ölçüde artırdı.

Ortaya çıkan perovskit filmler, gömülü arayüz bulunmaması ve minimalize edilmiş çekme gerilmesi ile karakterize edilerek %25,6’lık önemli bir güç dönüşüm verimliliği elde etti. Dahası, kapsüllenmemiş cihaz uzun süreli ışığa maruz kaldığı 1000 saat sonrasında bile ilk GDV’sinin %80’inden fazlasını korumayı başardı.

Profesör Kim sonuç olarak şunları aktardı: ’’Devrim niteliğindeki bu çift yönlü koordinasyon stratejisi sayesinde yüksek verimliliği artırmak ve uzun vadeli istikrar konusundaki ısrarlı zorlukla yüzleşmek için umut verici bir yol ortaya konuldu. Bu başarı aynı zamanda perovskit güneş pillerinin ticarileşme potansiyeline önemli bir katkıda bulunacaktır.’’

Kaynaklar

1. Lee, J., Shin, Y. S., Oleiki, E., Seo, J., Roe, J., Lee, D., … & Kim, D. S. (2024). Constructing orderly crystal orientation with a bidirectional coordinator for high efficiency and stable perovskite solar cells. Energy & Environmental Science, 17(16), 6003-6012.
2. https://techxplore.com/news/2024-09-bidirectional-ion-perovskite-solar-cells.html

Ömer Faruk Deniz