Günümüzün önde gelen küresel endişelerinden biri olan iklim değişikliği, fosil yakıtların çevremize zararlı olduğunu ve sürdürülebilir bir enerji kaynağı olmadığını açıkça ortaya koydu. Temiz enerji kaynaklarının benimsenmesi gereklidir. Güneş pilleri bu konuda popüler bir adaydır. Verimlilik güneş pilleri için birincil öncelik olsa da, araştırmacılar hafif, düşük maliyetli ve esnek güneş pilleri geliştirmeye de odaklandılar. Bununla birlikte, üretim sürecinde toksik malzemelerin kullanımı ve endüstriyel atık ciddi bir çevresel endişe yaratıyor.
Bakır indiyum galyum selenit (CIGSe) ince film güneş pili, geleneksel silikon güneş pillerine göre çeşitli avantajlar sunar. İnce film güneş pilleri yaklaşık 100 kat daha incedir, yapımı daha ucuzdur ve çatılara ve araçlara montajı daha kolaydır. Ayrıca, amorf silikon, kadmiyum-tellürid ve organik malzemeler gibi ince film güneş pillerinde kullanılan diğer fotovoltaik malzemelerle karşılaştırıldığında, CIGSe ışığı daha güçlü bir şekilde emer ve daha ince filmler halinde hazırlanabilir. Bununla birlikte, oldukça toksik ve kanserojen olan bir kadmiyum sülfür tampon tabakası içerirler. Bu, CIGSe panellerinin büyük ölçekli üretimi ve kurulumu için alternatif, toksik olmayan malzemelerin bulunmasını zorunlu kılmaktadır.
Japonya’daki Profesörler için, güneş pillerinden kadmiyumun uzaklaştırılması, hem verimli hem de uygun maliyetli, çevre dostu bir üretim süreci geliştirmek kadar önemliydi. Bu sorunları yeni bir çalışmada ele alan, Japon araştırma ekibi, geleneksel kadmiyum sülfür tampon katmanının, CIGSe katmanının yüzeyinin bir hava tavlama işlemiyle oksitlenmesiyle oluşturulan doğal bir tampon katmanla değiştirildiği bir strateji geliştirdi.
CIGSe katmanını oksitleme girişimleri daha önce yapılmış olsa da, yüzeyin oksitlenmesi genellikle aylar alır. Ancak yeni yöntemle ekip, oksidasyon süresini birkaç saate indirdi ve daha hızlı üretimin yolunu açtı. Bu süreçte, bir CIGSe katmanı, ilk olarak esnek bir paslanmaz çelik alt tabaka üzerinde biriktirilir. Biriktirmeyi daha sonra, CIGSe katmanının yüzeyinin, Inx(O,S)y‘nin doğal tampon katmanlarını oluşturmak üzere oksitlendiği bir havayla tavlama işlemi takip eder. Farklı oksidasyon koşullarıyla deneyler yapan araştırmacılar, 130 °C’de 6 saatlik oksidasyondan sonra maksimum enerji dönüşüm verimliliği %16,7 olan bir CIGS güneş pili üretti.
Sonuçlara göre ilk kez optimize edilmiş bir hava tavlama işlemiyle oksitlenen CIGSe yüzeyinin enerji dönüşüm verimliliğinde güçlü bir artışa yol açmıştır. Bildirilen verimlilik geleneksel güneş pillerinden daha düşük olmasına rağmen (tipik olarak %20’yi aşar), geliştirilen yöntem kadmiyumu ortadan kaldırmayı başarır ve güneş pillerini çevre dostu hale getirir. Süreç aynı zamanda uygun maliyetlidir.
Kaynak
https://techxplore.com/news/2022-05-efficient-non-toxic-flexible-thin-film-solar.html