Yaklaşık 200 Yıl Önce Keşfedilen Kristal Yapı, Güneş Pili Devriminin Anahtarı Olabilir

Oregon Eyalet Üniversitesi’ndeki güneş enerjisi araştırmacıları, neredeyse iki yüzyıl önce keşfedilen kristal bir yapıya sahip malzemeler üzerinde bilimsel çalışmalarıyla ilgi çekiyorlar.

Perovskit olarak bilinen yapıya sahip tüm malzemeler yarı iletken değildir. Ancak bir metale ve bir halojene dayanan perovskitler ve 1950’lerde kuruluşundan bu yana pazara sahip olan silikon bazlı hücrelerden daha pahalı olabilecek fotovoltaik(güneş pilleri ya da dizinleri sayesinde ışık kaynağından, çoğu zaman Güneş’ten, elektrik elde etme yöntemidir.) hücreler olarak muazzam bir potansiyele sahiptirler.

OSU Mühendislik Koleji’nden John Labram, İletişim Fiziği ve Fizikokimya Mektupları Dergisi’nde perovskit stabilitesi ile ilgili son iki makalenin ilgili yazarıdır ve ayrıca bugün Bilim’de yayınlanan bir makaleye katkıda bulunmuştur.

Oxford Üniversitesi’ndeki araştırmacılar tarafından Bilim’de yürütülen çalışma, moleküler bir katkı maddesinin (organik bileşik piperidine dayanan bir tuz) perovskit güneş pillerinin ömrünü büyük ölçüde geliştirdiğini ortaya koydu.

Üç makalenin hepsinde özetlenen bulgular, bir Rus mineraloğunun uzun zaman önce keşfinden kaynaklanan umut verici bir yarı iletken anlayışını derinleştiriyor. 1839’daki Ural Dağları’nda Gustav Rose, ilginç bir kristal yapıya sahip bir kalsiyum ve titanyum oksit buldu ve bu maddeye,Rus asil Lev Perovski’nin adını verdi.

Perovskite şimdi orijinalin kristal kafesini paylaşan bir dizi malzemeye atıfta bulunuyor. Bir Japon bilim insanı Tsutomu Miyasaka, bazı perovskitlerin etkili ışık emiciler olduğunu keşfettikten sonra 2009’da perovskitlere  ilgi artmaya başladı.

Labram, “Düşük maliyetleri nedeniyle perovskit güneş pilleri, fosil yakıtları azaltma ve enerji piyasasında devrim yapma potansiyeline sahip. “Bununla birlikte, bu yeni malzeme sınıfının yeterince anlaşılmayan bir yönü, sürekli aydınlatma altındaki istikrarlarıdır, bu da ticarileştirmenin önündeki bir engeldir.”

Son iki yılda, Labram’ın Elektrik Mühendisliği ve Bilgisayar Bilimleri Yüksekokulu’ndaki araştırma grubu, zaman içinde güneş malzemelerinin iletkenliğindeki değişiklikleri incelemek için benzersiz bir deneysel cihaz geliştirdi.

“Oxford Üniversitesi ile işbirliği yaparak, ışığın neden olduğu dengesizliğin elektrik teması olmasa bile saatlerce sürdüğünü gösterdik.” dedi. “Bulgular, güneş pillerinde gözlemlenen benzer sonuçları netleştirmeye yardımcı oluyor ve perovskit güneş pillerinin istikrarını ve ticari canlılığını geliştirmede anahtarı elinde tutuyor.

Güneş pili verimliliği, kullanılabilir elektrik enerjisine dönüştürülen bir hücreye çarpan güneş ışığından kaynaklanan güç yüzdesiyle tanımlanır.

Yirmi yıl önce Bell Labs. ilk pratik güneş pilini geliştirdi. Bugünün standartlarına göre% 6’lık mütevazı bir verimliliğe sahipti ve yapılması pahalıydı  ancak uzay yarışının yeni günlerinde başlatılan uydulara güç vermekte bir niş buldu.

Zamanla, çoğu hücre çok fazla değişmese de üretim maliyetleri düştü ve verimlilikler arttı:Hala bir katkı maddesi ile katkılanık neredeyse saf silikondan iki kattan oluşuyor. Hücreler; ışığı emerek, aralarındaki bağlantıda bir elektrik akımı oluşturmak için ondan gelen enerjiyi kullanırlar.

2012’de Labram’ın işbirlikçilerinden biri olan Oxford’dan Henry Snaith, perovskitlerin bir duyarlılaştırıcı olarak değil güneş hücrelerinde ana bileşen olarak kullanılabilecekleri çığır açan bir keşif yaptı. Bu, bir araştırma faaliyeti fırtınasına yol açtı ve her yıl bu konuda binlerce bilimsel makale yayınlandı. Sekiz yıllık araştırmalar sonrasında, perovskit hücreler artık% 25 verimlilikle çalışabiliyor ve bu da onları en azından laboratuvarda ticari silikon hücrelerle eşit hale getiriyor.

Perovskite hücreleri, yaygın olarak bulunan endüstriyel kimyasallar ve metallerden ucuz olarak üretilebilir ve esnek plastik ve seri üretilen filmlere basılabilir. Tersine, silikon hücreler serttir ve pahalıdır, yüksek sıcaklıkta bir işlemde neredeyse saf silikonun ince dilimlenmiş plakalarından yapılır.

Perovskitlerle ilgili bir sorun, sıcaklıklar yükseldiğinde biraz kararsız olma eğilimi ve diğeri de neme karşı bir kırılganlıktır : hücrelerin parçalanmasını sağlayan bir kombinasyon. Bu, açık havada iki veya üç on yıllar dayanması gereken bir ürün için bir sorundur.

Labram, “Genel olarak, ABD ve Avrupa’da bir güneş paneli satabilmek için 25 yıl garanti gerekiyor.” Dedi. “Gerçekte güneş pili 25 yıl sonra orijinal performansının% 80’inden daha azını göstermemelidir. Mevcut teknoloji, silikon, bunun için oldukça iyi. Ancak silikon, mükemmel, hatasız kristaller oluşturmak için kontrollü koşullar altında 2.000 derecenin üzerindeki sıcaklıklarda pahalı bir şekilde üretilmelidir, bu nedenle düzgün çalışırlar. ”

Labram, öte yandan perovskitlerin yüksek derecede hataya dayanıklı olduğunu söyledi.

“Bir çözücü içinde eritilebilirler, daha sonra oda sıcaklığına yakın bir yerde basılabilirler.” dedi. “Bu, sonunda silikon maliyetinin bir kısmında üretilebileceği ve dolayısıyla fosil yakıtların altını oyabilecekleri anlamına geliyor. Ancak bunun gerçekleşmesi için 25 yıllık bir garanti ile belgelenmeleri gerekir. Bu, bu malzemelerin kararlılığını anlamamızı ve geliştirmemizi gerektiriyor. ”

Pazara giden yollardan biri, hem silikondan hem de perovskitlerden yapılmış ve güneş ışığının spektrumunu daha fazla enerjiye dönüştürebilen bir tandem hücredir. Tandem hücreler üzerindeki laboratuvar testleri% 28 verimlilik üretti ve 30’ların ortalarındaki verimlilik gerçekçi görünüyor, dedi Labram.

“Tandem hücreler, güneş paneli üreticilerinin tek başına silikonun başarabileceği her şeyin ötesinde bir performans sunmasına izin verebilir.” dedi. “İkili yaklaşım, sonunda bağımsız hücreler olarak hareket eden perovskitlerin yolunda, pazara giren perovskitlerin önündeki bariyerin kaldırılmasına yardımcı olabilir.”

Yarı saydam, perovskit filmler de bir gün pencerelerde veya seralarda kullanılabilir, kalan güneş ışığının bir kısmını elektriğe dönüştürürken geri kalanının geçmesine izin verebilir.

Labram, “Enerji üretimi söz konusu olduğunda, maliyet en önemli faktördür.” dedi. “Silikon ve perovskitler şimdi kabaca aynı verimliliği gösteriyorlar. Bununla birlikte, uzun vadede, perovskit güneş pillerinin silikon güneş pillerinin maliyetinin bir kısmında yapılması potansiyeli vardır. Tarih bize iklim değişikliği üzerindeki politik eylemin büyük ölçüde etkisiz olduğunu göstermiş olsa da, yenilenebilir kaynaklardan fosil yakıtlardan daha düşük bir maliyetle elektrik üretebiliyorsanız, tek yapmanız gereken ürünü yapmaktır, o zaman geri kalanıyla pazar ilgilenecektir.”

Kaynak: https://www.bizsiziz.com/crystal-structure-discovered-almost-200-years-ago-could-hold-key-to-solar-cell-revolution/

Çeviri: Simge Kara

141 Paylaşımlar

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Solve : *
26 + 20 =


This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.