Suda eriyen geri dönüştürülebilir güneş pilleri

Dünya’da ortalama sıcaklığın sanayileşme öncesi döneme göre yaklaşık 1,2^oC artmasıyla birlikte iklim krizi ciddi bir konu haline gelmiştir. İklim krizinin asıl sebebi ise sera gazları. Bu durumun yanı sıra yapay zeka ve ulaşım alanında yaşanan gelişmeler nedeniyle de elektrik enerjisine duyulan ihtiyaçtan dolayı enerji tüketiminin her geçen gün daha da artması bekleniyor.^1,3 Bu tüketim artışının ve bu ihtiyacı karşılamak amacıyla üretilen enerji sonucunda oluşan sera gazlarının iklim değişikliğine olan etkisini azaltmak için yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımının artması gerekiyor. Son yıllarda bu enerji kaynaklarına olan yatırım artarken, güneş enerjisinin ve güneş pillerinin gelişimi ise göze çarpıyor. Ancak bu gelişim beraberinde birkaç problem de getiriyor.

Güneş enerjisinin ciddi bir gelecek potansiyeli var ve silikon güneş panelleri aracılığıyla bu enerjiden 30 yılı aşkın süredir faydalanılmakta. Günümüzde elektrik ihtiyacını düşük bir maliyetle karşılaması ve sürdürülebilir olmasından dolayı geniş bir kullanım alanına sahip olsalar da, silikon bazlı güneş pillerinin kullanım ömrü dolmuş durumda. Bu teknolojinin hızla büyümesi ömrünü tamamlamış güneş pillerinin birikmesine yol açarak etkili atık yönetimi için ciddi bir talep oluşturmaktadır. Atık silikon bazlı panellerin geri dönüştürülmesi veya yerine başka aktif malzemelerin kullanımı için etkili bir teknoloji olmadığını belirten araştırmacılar, güneş panellerinin ömrünün çöp sahalarında son bulduğunu ve büyük miktarda elektronik parçanın israf edildiğini aktardılar. Araştırmacıların dikkat çektiği bir başka nokta ise yeni geliştirilen güneş pillerinin mutlaka geri dönüştürülmeye mümkün yapıda tasarlanmalarıydı.²

Nature dergisinde yayınlanan bir çalışmada, araştırmacılar çevreye zararlı çözücüler olmadan güneş pilinin tüm parçalarını tekrar tekrar geri dönüştürmeyi mümkün kılan bir yöntem geliştirdiler. Perovskitten yapılan ve ana çözücüsü su olan bu geri dönüştürülmüş güneş pillerinin verimi ise orijinaliyle aynı.

Bahsedilen bu geri dönüşümün sağlanabilmesi için güneş pillerinde perovskit kullanımı dikkat çekiyor. Perovskit, kolay ve ucuz üretim, hafiflik ve esneklik gibi birçok özellik sağlarken, perovskit güneş pilleri güneş enerjisinin %25’ini elektriğe çevirebildiği için günümüzde kullanılan güneş pilleriyle rekabet edebileceği düşünülüyor.¹

Birçok şirketin perovskit güneş pillerini satın almak istediğini belirten araştırmacılar ancak yeni bir çöp sahası oluşumundan kaçınmak istediklerini belirttiler. Bunun için de performanstan ödün vermeden mevcut parçaların yeni bir perovskit güneş pilinde kullanılmasını mümkün kılan bir yöntem geliştirdiklerini ifade ettiler. Bu yöntemde perovskit güneş pili çiftliklerinin, toplumsal enerji talebini karşılamak için sürekli olarak sürdürülebilir ve düşük maliyetli elektrik üretebilecekleri tahmin edilebilmektedir. Bunu da güneş pillerinin kullanım ömrü dolduğunda yeni perovskit güneş pili üretimi için geri dönüştürülmeleriyle sağlanacaktır.²

Tüm bu iyi özelliklerine rağmen perovskit güneş pillerinin ömrünün silikon güneş pillerine kıyasla daha kısa olmasından dolayı, perovskit güneş pillerinin geri dönüşümünün verimli ve çevre dostu olması büyük önem taşımaktadır. Ayrıca yüksek verimlilik için az miktar da olsa kurşun içerdiğinden geri dönüşüm sürecine olan ihtiyacı artırmaktadır. Tüm bunlara ek olarak, dünyanın büyük bir bölümünde ömrünü tamamlamış güneş pillerinin parçalarının sürdürülebilir biçimde toplanması ve geri dönüştürülmesi için yasal gereklilikler bulunmaktadır.

Perovskit güneş pillerinin sökülmesinde kullanılan halihazırdaki yöntem dimetilformamid (DMF) çözücüsünün kullanımını gerektirir. Boya çözücülerinde yaygın olarak kullanılan bu madde, zehirli, çevreye zararlı ve kanserojen özelliklidir. Araştırmacılar ise, bozunmuş perovskitlerin sökülmesinde kullanmak için bu madde yerine suyun çözücü olarak kullanılabileceği bir yöntem geliştirdiler. En önemlisi ise yüksek kalite perovskitler su çözeltisinden geri dönüştürülebilir. Araştırmacılar bu yöntem sayesinde kaplama camları, elektrotlar, perovskit katmanlar ve yük taşıma katmanı gibi her şeyi geri dönüştürebileceklerini ifade ettiler.

Araştırmacıların bir sonraki hedefi ise bu yöntemin endüstriyel işlemlerde daha büyük ölçekli şekilde kullanılabilmesi için geliştirilmeye devam etmesidir. Uzun vadede ise perovskit güneş pillerinin çevredeki altyapı ve tedarik zincirleri yerleşik bir hale geldiğinde enerji sağlamada önemli bir rol oynabilir.¹

Araştırmacıların yapmış olduğu bu çalışmalar sayesinde geri dönüştürülebilirliğin artışı gözlemlenecektir. Çalışmalar da göstermektedir ki her geçen gün sürdürülebilir bir gelecek için atılan yeşil adımlar, atacağımız bir sonraki adımlara ilham kaynağı olacaktır.

Ömer Faruk Deniz

Kaynaklar

1. https://techxplore.com/news/2025-02-gen-solar-cells-fully-recyclable.html
2. Xiao, X., Xu, N., Tian, X., Zhang, T., Wang, B., Wang, X., … & Gao, F. (2025). Aqueous-based recycling of perovskite photovoltaics. Nature, 1-6.
3. Schmidt, F., Amrein, M., Hedwig, S., Kober-Czerny, M., Paracchino, A., Holappa, V., … & Lenz, M. (2023). Organic solvent free PbI2 recycling from perovskite solar cells using hot water. Journal of Hazardous Materials, 447, 130829.
4. Zhang, J., Chang, N., Fagerholm, C., Qiu, M., Shuai, L., Egan, R., & Yuan, C. (2022). Techno-economic and environmental sustainability of industrial-scale productions of perovskite solar cells. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 158, 112146.