Perovskit güneş pilleri son yıllarda önemli adımlar atıyor ve Northwestern Üniversitesi’ndeki araştırmacılar bu gelişmekte olan teknolojide bir başka atılım daha gerçekleştirdiler. Prestijli Science dergisinde yayınlanan bir çalışmada ekip, perovskit güneş pillerinin yeni verimlilik seviyelerine ulaşmasını sağlayan umut verici bir gelişmeyi anlatıyor. Araştırmacılar, verimlilikteki kayıpları gidermek için çift moleküllü bir çözüm uygulayarak, yalnızca %24,09’a ulaşan önceki yaklaşımları aşarak %25,1’lik sertifikalı bir verimlilik elde etmeyi başardılar.
Perovskit Güneş Pilleri Verimliliğindeki İlerleme
Perovskit güneş enerjisi teknolojisi hızla gelişiyor ve araştırma ve geliştirmenin odak noktası bu güneş hücrelerindeki arayüzleri iyileştirmeye doğru kayıyor. Paula M. Trienens Sürdürülebilirlik ve Enerji Enstitüsü’nün eş yönetici direktörü Northwestern profesörü Ted Sargent, “Verimliliği ve istikrarı daha da iyileştirmek ve bizi her zamankinden daha verimli güneş enerjisi hasadı için bu umut verici rotaya yaklaştırmak için kritik nokta budur” diyor.
Yüksek saflıkta silikon levhalardan yapılan geleneksel güneş pilleri, hem üretim enerjisi gereksinimleri hem de güneş spektrumunun sabit bir aralığını absorbe etme yetenekleri açısından sınırlamalara sahiptir. Öte yandan perovskit malzemeler, ışığın belirli dalga boylarını absorbe etmek için ayarlanabilir olma avantajını sunar. Bu ayarlanabilirlik, perovskit güneş pillerini uygun maliyetli ve yüksek verimli bir alternatif haline getirmektedir.
Bununla birlikte, perovskit güneş pilleri göreceli istikrarsızlıkları nedeniyle tarihsel olarak zorluklarla karşılaşmıştır. Northwestern Üniversitesi ve diğer araştırma kurumlarının son gelişmeleri, perovskit güneş pillerinin verimliliğini silikon bazlı hücrelerle aynı aralığa getirmiştir.
Perovskit: Rekombinasyon Kayıplarının Üstesinden Gelmek
Northwestern Üniversitesi’ndeki araştırma ekibi verimliliği artırmak için farklı bir yaklaşım benimsedi. Daha fazla güneş ışığı emmeye odaklanmak yerine, verimliliği artırmak için elektron tutma sorununu ele aldılar. Elektronlar perovskit katmanından güneş pilinin elektron taşıma katmanına geçtiğinde, deliklerle rekombinasyon riski vardır. Arayüzdeki bu rekombinasyon önemli bir zorluk teşkil ediyor.
Sargent laboratuvarında doktora sonrası öğrenci olan ilk yazar Cheng Liu şöyle açıklıyor: “Arayüzdeki rekombinasyon karmaşıktır. Karmaşık rekombinasyonu ele almak ve elektronları tutmak için tek tip molekül kullanmak çok zordur, bu nedenle sorunu daha kapsamlı bir şekilde çözmek için hangi molekül kombinasyonunu kullanabileceğimizi düşündük.”
Araştırmacılar, bir molekül olan PDAI’nin arayüz rekombinasyonunu etkili bir şekilde ele aldığını buldular. Yüzey kusurlarını gidermek ve elektronların yeniden birleşmesini önlemek için ekip, karbon gruplarının yerini alan ve eksik atomları kaplayarak yeniden birleşmeyi bastıran sülfür ekledi.
Malzeme kimyası ve sürdürülebilir enerji çözümleri konusunda önde gelen bir otorite olan Northwestern profesörü Mercouri Kanatzidis, “Ters çevrilmiş perovskit güneş pillerinde bulunan temel verimsizlikleri ele alarak, güneş pili verimliliğinde yeni bir standart belirleniyor. Bu, gelişmiş malzeme kimyası alanının, gelişmekte olan perovskit fotovoltaik teknolojilerinin enerji dönüşüm verimliliğini ve uzun ömürlülüğünü nasıl önemli ölçüde artırabileceğinin en iyi örneğidir.”
Gelecekteki Çıkarımlar ve Araştırma Fırsatları
Araştırma ekibi tarafından kullanılan bimoleküler strateji, tandem güneş pilleri için umut vaat edenler de dahil olmak üzere bir dizi perovskit bileşimine uygulanabilirlik göstermektedir. Bu alanda yapılacak daha fazla araştırma ve geliştirme, verimlilik ve kararlılığın sınırlarını daha da zorlamak için çok önemli olacaktır.
Cheng Liu, karmaşık arayüz sorununu ele almak için esnek bir stratejinin önemini vurguluyor. “Sadece tek bir tür molekül kullanamayız. Bir araya gelmek ve birbirlerinden ödün vermeden kolektif işlevselliklerini sağlamak için daha fazla molekül kullanmaya çalışmalıyız.”
Bu çalışmanın bulguları güneş enerjisi alanında devrim yaratma potansiyeline sahip. Artan verimlilik ve stabilite ile perovskit güneş pilleri yakında yenilenebilir enerji alanında baskın bir oyuncu haline gelebilir. Devam eden araştırma ve inovasyon, daha verimli ve uygun fiyatlı güneş enerjisi hasat teknolojilerinin önünü açarak bizi sürdürülebilir ve temiz bir enerji geleceğine yaklaştıracaktır.
Sık Sorulan Sorular
Çalışmada açıklanan ters çevrilmiş perovskit güneş pilinin verimliliği nedir?
Çalışmada, araştırmacılar ters çevrilmiş perovskit güneş pili için %25,1’lik onaylı bir verimlilik elde etti.
Araştırma ekibi perovskit güneş pilindeki rekombinasyon kayıplarını nasıl ele aldı?
Ekip çift moleküllü bir çözüm kullandı. Bir molekül, PDAI, arayüz rekombinasyonunu ele alırken, yüzey kusurlarını örtmek ve rekombinasyonu bastırmak için sülfür dahil edildi.
Bu araştırmanın perovskit güneş enerjisi teknolojisi için önemi nedir?
Bu araştırma perovskit güneş pillerinde verimlilik için yeni bir standart belirliyor. Gelişmiş malzeme kimyasının, gelişmekte olan perovskit fotovoltaik teknolojilerinde enerji dönüşüm verimliliğini ve uzun ömürlülüğü artırma potansiyelini göstermektedir.
Bimoleküler strateji diğer perovskit bileşimlerine uygulanabilir mi?
Evet, araştırma ekibi tarafından kullanılan bimoleküler strateji, tandem güneş pilleri için umut verici olanlar da dahil olmak üzere bir dizi perovskit bileşimine uygulanabilirlik göstermektedir.
Bu araştırmanın gelecekteki etkileri nelerdir?
Bu çalışmanın bulguları güneş enerjisi alanında devrim yaratma potansiyeline sahiptir. Artan verimlilik ve stabilite ile perovskit güneş pilleri yenilenebilir enerji alanında baskın bir oyuncu haline gelebilir. Devam eden araştırma ve inovasyon, daha verimli ve uygun fiyatlı güneş enerjisi hasat teknolojilerinin önünü açarak bizi sürdürülebilir ve temiz bir enerji geleceğine yaklaştıracaktır.
