DAHA FAZLA GÜNEŞ ENERJISI IÇIN ŞEFFAF NANO TABAKALAR

DAHA FAZLA GÜNEŞ ENERJISI IÇIN ŞEFFAF NANO TABAKALAR

Bugün elektrik üretmenin güneşten daha ucuz bir yolu yok. Santraller şu anda kilovat saat başına iki sentten daha az güneş enerjisi sağlayacak güneşli yerlerde inşa ediliyor. Piyasada bulunan kristal silikonı güneş pilleri bunu yüzde 23’e varan verimliliklerle mümkün kılıyor. Bu nedenle küresel pazar payları yaklaşık yüzde 95’tir. Yüzde 26’dan daha yüksek verimliliklerle, maliyetler daha da düşebilir. Forschungszentrum Jülich’ten fotovoltaik araştırmacıları tarafından yönetilen uluslararası bir çalışma grubu, şimdi bu hedefe güneş pillerinin ön kısmı için nano yapılı, şeffaf bir malzeme ve sofistike bir tasarımla ulaşmayı planlıyor. Bilim adamları, Nature Energy bilimsel dergisinde uzun yıllar süren araştırmalardan elde ettikleri başarıları bildiriyorlar.

Silikon güneş pilleri, geçtiğimiz on yıllar içinde istikrarlı bir şekilde iyileştirildi ve şimdiden çok yüksek bir geliştirme düzeyine ulaştı. Bununla birlikte, rekombinasyonun rahatsız edici etkisi, güneş ışığının emilmesinden ve elektrik yükü taşıyıcılarının fotovoltaik oluşumundan sonra hala devam etmektedir. Bu süreçte, zaten oluşturulmuş olan negatif ve pozitif yük taşıyıcıları, güneş enerjisi akışı için kullanılmadan önce birleşir ve birbirlerini iptal eder. Bu etki, özel bir özelliğe sahip olan özel malzemelerle – pasifleştirmeyle karşılanabilir.

Jülich Enerji ve İklim Araştırmaları Enstitüsü’nün (IEK-5) eski doktora öğrencisi ve ilk yazarı olan ve o zamandan beri doktorasını almış olan Malte Köhler, “Nanoyapılı katmanlarımız tam olarak bu istenen pasivasyonu sunuyor” diyor. Ek olarak, ultra ince katmanlar şeffaftır – bu nedenle ışık oranı neredeyse hiç azalmaz – ve yüksek elektriksel iletkenlik sergiler.

Jülich çalışma grubu başkanı Dr. Kaining Ding “Şimdiye kadar başka hiçbir yaklaşım bu üç özelliği – pasifleştirme, şeffaflık, iletkenlik – ve yeni tasarımımızı birleştirmiyor,” diyor. Jülich TPC güneş pilinin ilk prototipi, laboratuvarda yüzde 23,99 (+ – yüzde 0,29) gibi yüksek bir verimlilik elde etti. Bu değer, Hamelin’deki Güneş Enerjisi Araştırma Enstitüsü’nün (ISFH) bağımsız CalTeC laboratuvarı tarafından da onaylandı. Bu, Jülich TPC güneş pilinin, laboratuvarlarda bugüne kadar yapılmış en iyi kristalin silikon hücrelerin hala biraz altında kaldığı anlamına geliyor. Ancak paralel olarak gerçekleştirilen simülasyonlar, TPC teknolojisi ile yüzde 26’dan fazla verimliliğin mümkün olduğunu göstermiştir.

“Ek olarak, üretimde yalnızca seri üretime nispeten hızlı bir şekilde entegre edilebilen süreçler kullandık,” Ding diğer araştırma yaklaşımlarına göre avantajı vurguluyor. Bu strateji ile Jülich bilim adamları, çok fazla çaba harcamadan, laboratuvardan endüstriyel güneş pili üretiminde büyük ölçeğe gelişimlerinin yolunu açtılar.

TPC güneş pilinin katmanlarını üretmek için birkaç işlem adımı gerekliydi. Araştırmacılar, ince bir silikon dioksit tabakası üzerine, iki farklı sıcaklıkta uygulanan, küçük piramit şeklindeki silikon karbür nanokristallerinden oluşan bir çift tabaka biriktirdiler. Son olarak şeffaf bir indiyum kalay oksit tabakası izledi. Ding ve meslektaşları ıslak kimyasal işlemler, kimyasal buhar biriktirme (CVD) ve püskürtme işlemi kullandılar.

Başarıları için, IEK 5 ve Jülich Ernst Ruska Elektron Mikroskobu Merkezi’nden Jülich araştırmacıları, Hollanda, Çin, Rusya ve Ekvador’daki çeşitli enstitülerle yakın işbirliği içinde çalıştılar. Ortaklar arasında RWTH Aachen Üniversitesi, Duisburg-Essen Üniversitesi, Delft ve Eindhoven Teknik Üniversiteleri, Universidad San Francisco de Quito, Üniversite ve Kutateladze Termofizik Enstitüsü Novosibirsk ve Sun Yat-Sen Üniversitesi’nden araştırmacılar yer alıyor. Daha sonraki adımlarda, Kaining Ding’in araştırma grubu, TPC güneş pillerinin güç verimini daha da optimize etmeyi planlıyor. Ding, “Güneş pili üreticilerinin teknolojimize büyük ilgi göstermesini bekliyoruz,” diyor.