Dünyayı ve insanlığı kurtarmak için yapılan yenilenebilir enerji atılımlarında yeni bir rekor kırıldı. Toronto Üniversitesindeki bilim insanlarının yürüttüğü üç katmanlı perovskit güneş pilleri üzerine yapılan araştırmalar sayesinde, perovskit kullanılan güneş pillerinin verimliliği önceki tasarımlara göre kayda değer ölçüde arttı.
Yeni tasarlanan bu prototip sayesinde daha verimli güneş enerjisi sağlama ve daha az maliyetli güneş paneli üretebilme amaçlarına ulaşıldı. Üretilen prototip çok katmanlı bir yapıya sahip ve bu yeni çok katmanlı yapının üretiminde çıkabilecek aksaklıklar için rasyonel bir tasarım kullanıldı bu sayede de ortaya dayanıklı ve verimli bir tasarım çıkarıldı.
Özellikle son yıllarda her ne kadar bazı dezavantajları da olsa perovskit tabanlı güneş panelleri üzerine araştırma ve geliştirme çalışmaları yaygın ve artan bir şekilde devam etmektedir.
Günümüzde aktif olarak kullanılan güneş pillerinin yapımında genellikle üretilmesi aşırı miktarda enerji isteyen ve maliyetli olan ultra saf silikon kullanılır ancak perovskit güneş pilleri, baskı endüstrisinde sıradan bir teknik olan çözelti işleme sayesinde çoklu kristalleşmiş perovskit filmler ile yüzeyi kolayca ve düşük maliyetle kaplayarak üretilebilir.
Bu üretilen filmlerin içeresinde bulunan katmanlı yapıdaki perovskit kristallerinin kompozisyonu değiştirilerek her katmanın ışığın dalga boylarını uygun şekilde absorbe etmesi sağlanır ve böylece her dalga boyundaki ışıktan maksimum enerji üretimi gerçekleştirilir.
Ayarlanabilir dalga boyu absorbsiyonu sayesinde bu güneş pilleri diğer standart güneş pillerine kıyasla daha verimlidir. Bu mekanizma sıradan silikon güneş pillerinde mümkün değildir çünkü güneşten aynı spektrumdaki dalga boylarını absorbe eder ve bazı tayfları yakalayamazlar yani ayarlanabilirlik söz konusu değildir.
Çok katmanlı perovskit güneş pili hücreleri en fazla enerjiye sahip olan fotonu ilk katman soğurur. Kısa dalga boylarına sahip yüksek frekanslı ışıktan yani mor ışık dalga boyundan kızıl ötesine doğru soğurma işlemini katman katman gerçekleştirir. İlk katmandan sonraki katman, orta dereceden dalga boylarını soğuracak ondan sonra ise en alttaki katman daha uzun dalga boyuna sahip tayfları soğuracaktır.
Araştırmacılar; sezyum, kurşun, kalay, iyot, brom ve bazı küçük organik moleküller dahil olmak üzere farklı maddelerin karışımından yapılan ABX3 olarak bilinen bir tür perovskit alaşımlı malzeme kullandı. Özellikle üst tabaka, yüksek oranda brom ve iyot içeren karışık halojenür (bir kısmı halojen atom, diğer kısmı ise halojenden daha az elektronegatif radikal veya element olan ikili bileşik) perovskitlerden oluşuyor.
Araştırma grubu üç bağlantılı yeni bir hücre modeli tasarladı ve imal etti. Verimliliğini 3,21 volt açık devre gerilimi ile %24,3 ölçtüler. Araştırma ekibi bu verileri bağımsız olarak onaylanması için Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı’nda değerlendirilmesi amacıyla gönderdiler ve önceki verilere göre üç bağlantılı perovskit güneş pilleri yaklaşık %20’lik bir maksimum verimlilik gözlemlenirken bu yeni modelde %23,3’lük bir verimlilik gözlenmiştir ki bu gelişme verimlilik açısından büyük bir gelişmedir. Aynı zamanda bu değerlendirme, dünyadaki ilk üç bağlantılı perovskit güneş pili verimliliği sertifikalandırılmasıdır.
Bu üç katmanlı prototipten önceki iki katmanlı tasarımlarda, güneş pili birkaç saat içerisinde performansının ciddi bir bölümünü kaybediyordu. Yeni üç katmanlı prototipte ise 420 saat kullanımdan sonra bile ilk verimliliğinin %80’ini koruyabiliyor. Bu gelişme, dayanıklılık ve güvenirlik açısından büyük bir adım.
Daha ilerideki araştırmalar ve geliştirmeler sonucunda perovskit hücreye sahip güneş panellerinin standart silikon hücreye sahip güneş panelleri ile yarışabileceği öngörülüyor ama bu olay yeni bir buluşun eskisinin yerini alması olarak değerlendirilmemeli. Perovskit bazlı güneş hücrelerinin daha iyi olduğu alanlar ve silikon bazlı hücrelerin daha iyi olduğu alanlar olabilir veya ikisinin birleşmesiyle yeni bir çalışma ortaya çıkabilir. İleriki zamanlarda bir sürü ilginç ihtimal bizi bekliyor.’’ diyor araştırma ekibindeki doktora adayı ve yardımcı yazar Lewei Zeng.
Kaynaklar