PSC’ler enerji araştırmaları alanına yeni bir boyut kazandırdı

Hibrit perovskitler; organik katyonlarla birleştirilmiş, metal halojenür çerçevelerden yapılmış malzemelerdir. Perovskite güneş pilleri, şuan kullanılan silikon tabanlı cihazların yerini almak için ilk sıradalar. Üretim maliyetinin az olması ve düşük ışık ihtiyacı sayesinde güneş enerjisi alanında ilgi çektiler. Perovskitler aynı zamanda LED ışığı, lazer ve fotodedektör içeren uygulamalarda da kullanılabilmektedir.

Perovskite güneş pillerinin ticaretinin yapılamamasının en önemli nedenlerinden biri, operasyonel kararlılıklarının piyasadaki fotovoltaik teknolojilere karşın dezavantajlı durumda olmasıdır. Özellikle yüksek bileşimsel esnekliğin optoelektronik performansla birleştirilmesi, güneş pilleri ve emisyon ayarlı LED’ler için ideal olan karışık halojenürlü perovskit malzemeler bir sorundur. 

Karışık halojenürlü perovskitlerde, fotovoltaik malzemenin elektrik üretmesi için gerekli enerji geniş bant aralıklarından alınmaktadır. Çoğu karışık halojenürlü perovskite ışık, bileşenlerin farklı alanlarına karışarak halojenür faz ayrışması olarak nitelendirilir.

EPFL’nin Temel Bilimler Okulu’ndaki bir grup araştırmacı, saf iyodür ve karışık halojenür perovskitlere dayalı güneş pillerinin güç dönüştürme verimliliği ve kararlılığını geliştirirken aynı zamanda halojenür faz ayrışmasını baskılayan başka bir yöntem geliştirdiler. EPFL’de Profesör Michael Grätzel ve Ursula Rothlisberger’in grupları tarafınca Dr. Essa A. Alharbi ve Dr. Lukas Pfeifer liderliğindeki bu çalışma Joule dergisinde yayınlandı.

Yöntem, güneş pili performansını iyileştirmek için birbirleriyle etkileşim halinde çalışan iki alkilamonyum halojenür modülatörü ile PSC’leri işler. Aksi takdirde yukarıda belirtilen bozunma yollarını destekleyen perovskitlerdeki kusurları azaltmak için kullanılan modülatörler, bu sefer bileşikleri olan pasifleştiriciler olarak kullanıldı.

Araştırmacılar, halojenür ayrışmasını durdurmak için iki modülatör kullandılar. Böylelikle PSC’lerin uzun süre kullanıldığındaki güç dönüştürme verimliliklerindeki düşüşü önemli bir şekilde azalttılar¹.

Son çalışmalarında, bir perovskite bileşimi α-FAPbI₃ için %24,9 ve diğer bileşim FA₆₅MA₃₅Pb(I₆₅Br₃₅)₃ için %21,2 güç dönüştürme verimliliği elde ettiler. İlk verimliliklerin yaklaşık %80 ve %90’ı 250 ile 1200 saatlik sürekli çalışmanın ardından da korunmuştur². Bu çalışma ile PSC’lerin kararlılık sorunu çözüldüğünde, büyük ölçekli pratik uygulamalarla geleceğe yönelik önemli bir adımı temsil ediyor.

FAPbI₃, yüksek verimli ve kararlı PSC’ler için iyi bir seçim gibi görünüyor. Bununla birlikte, PSC’lerin 30 yıl boyunca kullanılabilmesi için FAPbI₃ perovskite stabilitesini en üst düzeye çıkarabilmek üzere farklı gruplar tarafından oldukça fazla çalışma yürütülmektedir³.

Kübik fazda FAPbI₃ perovskite’nin atomik kristal yapısı⁴.

Büşra Değirmenci

Kaynaklar

1. https://techxplore.com/news/2022-12-stability-perovskite-solar-cells.html
2. Michael Graetzel, Cooperative Passivation of Perovskite Solar Cells by Alkyldimethylammonium Halide Amphiphiles, Joule (2022). DOI:10.1016/j.joule.2022.11.013.
3. Haizhou Lu, Anurag Krishna, Shaik M. Zakeeruddin, Michael Grätzel, Anders Hagfeldt, Compositional and Interface Engineering of Organic-Inorganic Lead Halide Perovskite Solar Cells, iScience, 23-8 (2020). https://doi.org/10.1016/j.isci.2020.101359.
4. Monika, Pachori, S., Kumari, S. et al. An emerging high performance photovoltaic device with mechanical stability constants of hybrid (HC(NH2)2PbI3) perovskite. J Mater Sci: Mater Electron 31, 18004–18017 (2020). https://doi.org/10.1007/s10854-020-04352-0