Dünyanın en temiz, en bol yenilenebilir enerji kaynağından yararlanmanın en uygun maliyetli ve verimli yolu; artık gerçeğe bir adım daha yakın.
Toledo Üniversitesi fizikçileri, güneş hücrelerinin performansını daha önce hiç ulaşılmayan seviyelere yükselten yeni bir kimyasal formül ve bu yeni formülün üretimi adına önemli bir atılım yaptı.
Güneş Paneli Pazarında Taşlar Yerinden Oynayabilir
ABD Enerji Bakanlığı Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı (U.S. Department of Energy’s National Renewable Energy Lab) ve Colorado Üniversitesi ile işbirliği içinde çalışan UToledo fizik profesörü Dr. Yanfa Yan, tandem perovksit güneş pili denilen ultra yüksek verimli malzemenin, yakın gelecekte tüketici pazarındaki güneş panelleri büyüklüğünde üretime geçerek tam olarak kullanıma hazır olacağını düşünüyor.
Kimya yoluyla üretilen özel bir kristal yapıya sahip olan bileşik malzemeler (bu aynı zamanda ucuz olması demek) olan perovksitlerin, günümüzde güneş ışığını elektrik enerjisine dönüştürmek için tercih edilen güneş hücresi malzemesi geleneksel silikonun yerini alacağı öngörülüyor.
Gelecek İçin Temiz Enerjiye Ulaşım Sorununu Çözemeliyiz
Yan, “Dünyadaki enerji krizini çözmede büyük umut vaat eden; yüksek verimli, düşük maliyetli güneş hücreleri üretiyoruz” dedi.
“Bu anlamlı çalışma, gezegenimizin çocuklarımız ve gelecek nesiller için korunmasına yardımcı olacak. Şu anda fosil tabanlı enerjilerinin çoğunu tüketmekte sorun yaşıyoruz ve işbirlikçi ekibimiz karışıklığı temizlemek için yenilikçi yolumuzu iyileştirmeye odaklanıyor.”
İşin Sırrı Kurşun ve Kalayın Mükemmel Oranlarda Karışımında
Science dergisinde yayımlanan yeni araştırma makalesi, fotovoltaik ekibinin teknolojiyi maksimum verimliliğine daha yakın hale getirmek için nasıl bir kurşun ve kalay karışımı hazırladığını özetliyor.
Çabalar şu anda yeni güneş hücrelerinin verimliliğini % 23’e çıkardı. Buna karşılık, bugün piyasadaki geleneksel kristal silikon güneş panelleri % 18 civarında bir verimlilik oranına sahip. Üstelik bu kristaller fizik kullanılarak üretildikleri için üretim maliyetleri kimyasal süreçlerle üretilen materyallere oranla devasa boyutta yüksek.
“Guanidinyum Tiyosiyanat”
Bilim insanları, kurşun kalay karıştırılmış perovksit filmlerin yapısal ve optoelektronik özelliklerini çarpıcı bir şekilde geliştirmek için “guanidinyum tiyosiyanat” adı verilen kimyasal bir bileşik kullandılar.
UToledo Fizik ve Astronomi Anabilim Dalı Başkanı ve profesörü Sanjay Khare; “Science, dünyanın dört bir yanında, Dr. Yan’ın LED ampullerin verimliliğini ve çekiciliğini artırabilen ve beyaz ışık üreten tek bir materyal keşfettikten sonra yaptığı diğer araştırmaları yayınlayan Nature ile birlikte dünyanın en iyi akademik dergisi” diyor.
“Toledo Üniversitesi’ndeki önemli sürdürülebilirlik çalışması, temiz enerjiyi kullanarak dünyayı güçlendirebilir.”
Güneş Spektrumunun İki Farklı Bandından Besleniyor
Yaklaşık beş yıl önce Yan’ın UToledo’daki ekibi, perovksitlerin ideal özelliklerini tanımladı ve o zamandan bu yana Yan’ın perovksit tandem güneş hücreleri üzerine edindiği 20 yıllık tecrübeyi iki farklı güneş hücresini bileştirmek için kullandı.
Böylelikle elde edilen yeni güneş hücreleri güneş spektrumunun iki farklı bölümünü kullanarak toplamda üretilen elektrik enerjisini artırdı.
Geçtiğimiz ay ABD Enerji Bakanlığı, Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı ile işbirliği içinde araştırmasına devam etmesi için Yan’a 1,1 milyon dolarlık hibe verdi.
Maliyetlerin Büyük Oranda Düşmesi Söz Konusu
Yan, “Bu uzun süredir beklediğimiz malzeme” diyor. “Güneş enerjisi endüstrisi bizi izliyor ve bekliyor. Bazıları bu teknolojiye yatırım yapmaya başladı bile.”
Yan, yarı iletkenlerde hata fiziği ve elektronik özellikler, malzeme sentezi ve ince film güneş hücresi üretimi konusunda teorik olarak bir uzmandır.
UToledo Fizik ve Astronomi Anabilim Dalı Araştırma Görevlisi Profesörü Dr. Zhaoning Song, “UToledo’daki araştırmalarımız, mevcut silikon fotovoltaik teknolojisine rakip ve hatta daha iyi performans gösterebilecek, üstelik daha ucuz ve daha verimli güneş hücreleri üretmeye devam ediyor” dedi.
“İki katman perovksit içeren tandem güneş pillerimiz yüksek güç dönüşüm verimliliği sağlıyor ve fotovoltaikte önemli bir gelişme olan güneş panellerinin üretim maliyetlerini düşürme potansiyeline sahip.”
Endüstriyel Üretim ve Geri Dönüşüm Konusu Üzerine Yoğunlaştılar
Yan’ın ekibi, şu an malzemelerin kalitesini ve bunları düşük maliyetle üretme sürecini geliştirmekle meşgul. Henüz bir miktar daha ilerleme kaydedilmesi gerekse de ışığın görülmüş olması kutlama yapmak için yeterli.
Song, “Malzeme maliyeti düşük ve üretim maliyeti düşük, ancak malzemenin ömrü hala bilinmiyor” dedi.
“Verimliliği ve istikrarı arttırmaya devam etmeliyiz.”
Yan, “Kurşun toksik bir madde olarak kabul ediliyor” dedi.
“Bu malzemeden yapılan güneş panellerinin geri dönüşümünü gerçekleştirerek çevreye zarar vermemelerini sağlamak için güneş enerjisi endüstrisi ile çalışmaya kararlıyız.”
Çalışmanın orijinaline aşağıdaki bağlantıdan ulaşabilirsiniz
Jinhui Tong, Zhaoning Song, Dong Hoe Kim, Xihan Chen, Cong Chen, Axel F. Palmstrom, Paul F. Ndione, Matthew O. Reese, Sean P. Dunfield, Obadiah G. Reid, Jun Liu, Fei Zhang, Steven P. Harvey, Zhen Li, Steven T. Christensen, Glenn Teeter, Dewei Zhao, Mowafak M. Al-Jassim, Maikel F. A. M. van Hest, Matthew C. Beard, Sean E. Shaheen, Joseph J. Berry, Yanfa Yan, Kai Zhu. Carrier lifetimes of >1 μs in Sn-Pb perovskites enable efficient all-perovskite tandem solar cells. Science, 2019; 364 (6439): 475 DOI: 10.1126/science.aav7911
