Güneş pilleri üç kat daha fazla enerji üretebilecek

[subram]

İlgili haber 

Güneş pilleri üç kat daha fazla enerji üretebilecek

Yeni yapılan bir araştırmada mevcut organik güneş pili hücrelerinden neredeyse üç katı kadar daha verimli çalışabilen basit ve ekonomik bir hücre yapısı geliştirildi.

Işığı toplayıp hapseden plastik ve metal malzemeden oluşan ve "sandviç" diye adlandırılan bir nano yapı kullanılarak güneş hücrelerinden elektrik enerjisi üretiminde verimliliğin yüzde 175 arttırılabildiği duyuruldu. Henüz inorganik cihazlarda çalışmalar tamamlanmasa da standart silikon güneş panelleri gibi geleneksel inorganik güneş ışığı toplayıcılarında da verimliliğin artmasının beklendiği ifade edildi.

"Sandviç" yapı ne getiriyor?

Mevcut teknolojide güneş ışığını toplamak için geliştirilen hücrelerde enerji kaybının iki temel nedeni var: Toplama hücrelerinden yansıyan ışık ve hücreye giren ışığın tamamının hücre içinde tutulmasındaki yetersizlik. Araştırmacılar bu iki zorluğun üstesinden gelmek için nanoteknolojiden yararlanıyorlar. Yeni geliştirdikleri metalik "sandviç" güneş hücresi ile bu iki problemi önemli oranda aştılar.

Yeni geliştirilen güneş hücresinin sandviç yapısı.

Araştırma ekibinin geliştirdiği sandviç yapının yansımayı kırmak ve ışığı hapsetmek için olağanüstü bir becerisi var. Yeni geliştirilen hücre, ışığı yalnızca yüzde 4 oranında yansıtıyor ve hücreye gelen ışığın yüzde 96'sını soğurabiliyor. Yeni hücre geleneksel bir güneş hücresine göre ışığı elektrik enerjisine dönüştürmede de yüzde 52 daha yüksek verim gösterebiliyor.

Ancak bu sonuçlar güneş ışığının doğrudan gelmesi durumunda geçerli. Şayet bulutlu günlerde ya da güneş ışınlarının yapının yüzeyine direk gelmemesi durumunda verimlilik bu düzeyde olmuyor. Yine de yeni hücre geniş açılı ışınları da yakalayarak verimliliğini yüzde 81 artırıp, toplamda yüzde 175'lik bir verimliliğe ulaşıyor.

"Sandviç" in yapısı

Bu yeniliğin arkasındaki fizik oldukça karmaşık olmakla beraber cihazın yapısı oldukça basit. Yeni güneş hücresinin pencere katmanı olarak bilinen üst katmanı, şaşırtıcı incelikte delikli metal ağ örgü kullanılarak yapılmış (30 nanometre kalınlığında, her delik çapı 175 nanometre). İndiyum-kalay-oksit (ITO) olarak adlandırılan bu örgü malzemenin geleneksel bir malzemeden yapılmış pencere tabakalarının yerini alması oldukça yüksek bir olasılık.

Pencere katmanının elektron mikroskobuyla elde edilmiş görüntüsü. Her deliğin çapı 175 nanometre.

Hücredeki ağ yapısındaki pencere katmanı, hâlihazırda güneş hücreleri için kullanılan metal alt tabakanın çok yakınına yerleştiriliyor. İki metal levha arasına ince şerit şeklinde 85 nanometre kalınlığında plastik yerleştiriliyor.

Güneş hücrelerinde güneşten gelen ve yarı-iletkenden yansıyan ışığı engellemek amaçlı koruma tabakası kullanılır. Bu tabakanın kalınlığı güneşten gelen ışığın dalga boyundan küçük olmalıdır. Benzer şekilde hücre içinde fotonun emilimi için üst tabakanın altında kalan organik tabakanın emilim spektrumu ile güneş ışınlarının spektrumunun tutarlı olması gerekir. Yeni yapılan güneş hücresine örgü aralığı, sandviç, delik çapı kalınlığı gibi özellikleri açısından bakıldığında, tüm toplanan ışığın dalga boyundan daha küçüktür. Araştırma ekibi, giren ışığın dışarı çıkmasını engelleyen tuzak yapı oluşturmayı ve yansımayı neredeyse tamamen ortadan kaldırmayı ışığın dalga boyundan daha küçük boyutlara sahip cihazları kullanarak sağlıyorlar.

Güneş ışığını elektrik enerjisine dönüştüren güneş hücrelerinin nasıl daha verimli olabileceği ve nasıl daha ekonomik olacağı bu alanda çalışan bilim insanlarının üstesinden gelmeye çalıştığı iki temel sorun. Eğer yeni geliştirilen hücre yapısı başka uygulamalarda denendiğinde benzer sonuçlar elde edilirse, güneş hücreleri teknolojisinde yeni bir dönem başlayabilir

BilimsoL ekibinden Kıvılcım Başak Vural hazırladı.
facebook.com/BilimsoL
twitter.com/BilimsoL

İlgili makale:
Stephen Y. Chou ve Wei Ding, OPTICS EXPRESS, Vol. 21, No. S1, 28 Kasım 2012
http://www.opticsinfobase.org/oe/abstract.cfm?URI=oe-21-101-A60