perovskit-silisyum-tandem-gunes-hucresi-solarbilim

Perovskit/silisyum tandem hücrelerinde yeni rekor: %31,25 verim

EPFL (École Polytechnique Fédérale de Lausanne) Fotovoltaik ve İnce Film Elektronikleri Laboratuvarı araştırmacıları %31,25 verime sahip ilk perovskit/silisyum tandem hücreyi geliştirdiler.

Güneş hücrelerinin güç dönüşüm verimliliğinin artması iki sebepten dolayı oldukça önemlidir. Uzun dönemde, elektrik maliyetlerini düşürmenin en etkili yöntemidir. Kısa dönemde ise, çatılar, cepheler, araçlar gibi kısıtlı kullanım alanları olan fotovoltaikleri teşvik etmenin en iyi yoludur. Buna rağmen, tüm güneş hücreleri verime doğrudan etkisi olan kendilerini oluşturan malzemeler ile limitlidir.

Günümüzde en çok kabul gören güneş hücreleri silisyum ile oluşturulanlardır. Ancak, silisyum tabanlı hücrelerin de teorik verimleri %29 civarında olup, bu teknoloji ile yapılan mevcut çalışmalar %27 verimlilik seviyelerine ulaşmıştır. Bu limiti aşmak için bilim insanları, bir veya daha fazla tamamlayıcı güneş hücresini silisyuma ekleyerek “tandem” güneş hücreleri oluşturmaya çalışmaktadır. Bu yeni yapı sayesinde, güneşten gelen daha yüksek enerjili görünür bölge ışınları üstteki hücre sayesinde soğurulurken, düşük enerjili kızılötesi ışınlar tandemin arkasındaki silisyum hücrede soğurulmaktadır. Halit perovskitler, üretim maliyetlerinin görece düşük olması, gelen görünür bölge ışınlarını verimli bir şekilde elektrik enerjisine dönüştürebilmesi sebebiyle “tandem” güneş hücreleri oluşturmak adına silisyum için ideal bir ortak olarak görülmektedir.

Çifte Dünya Rekoru Başarısı

EPFL Fotovoltaik Laboratuvarı ve CSEM Sürdürülebilir Enerji Merkezinin Başkanı Christophe Ballif şu sözler ile durumu açıkladı.

Christophe Ballif:

Psikolojik bariyeri aştık. Perovskite-on-silicon tandemlerin yüksek verimlilik potansiyelini deneysel olarak doğruladık. Diğer malzeme türleri, yani III-V yarı iletkenler ile %30 verimlilik işareti zaten elde edilmişti. Bununla birlikte, bu malzemeler ve bunları yapmak için kullanılan işlemler, enerji geçişini sürdürmek için çok pahalıdır – bu cihazlar, silikon güneş pillerinden bin kat daha pahalıdır. Sonuçlarımız, PV’nin geleceği için yeni perspektifler açması gereken düşük maliyetli malzemeler ve süreçler kullanılarak %30’luk bariyerin aşılabileceğini gösteren ilk sonuçlardır.

Neuchâtel’deki araştırmacılar, iki çeşit perovskit/silisyum tandem güneş hücresini geliştirmeyi başardılar.

  • İlk olarak, düzlemsel silisyum yüzey üzerine yüksek kaliteli perosvkit katmanı solüsyondan biriktirdiler ve 1 cm2’lik alanda %30.93 verim elde ettiler.
  • İkinci olarak, tekstürlü silisyum yüzey üzerine buhar/çözelti hibrit bir işleme tekniğinin yeni bir versiyonu üzerinde çalışarak 1 cm2’lik alanda %31,25 verime ulaştılar.

NREL (National Renewable Energy Laboratory) tarafından bağımsız olarak onaylanan bu iki sonuç ile, hem düzlemsel hem de tekstürlü yüzeyler için en yüksek verim değeri elde edilmiştir. Perovskite-on-silicon tandem güneş pilleri için önceki verimlilik dönüşüm rekoru, 2021’de Helmholtz Zentrum Berlin’deki bir ekip tarafından %29,8 verim değeri ile elde edilmişti.

Bu araştırma, Neuchâtel’deki EPFL PV-lab ekibi (Dr. Xin Yu Chin, Deniz Türkay, Kerem Artuk, Dr. Mathieu Boccard ve Dr. Christian Wolff liderliğindeki EPFLs Tandem Fotovoltaik ekibi) tarafından yürütülmüştür ve CSEM’deki bilim adamları (Dr. Brett Kamino, Dr. Florent Sahli, Dr. Soo-Jin Moon, Arnaud Walter ve Dr. Quentin Jeangros liderliğindeki meslektaşları) ile birlikte çalışılmaktadır.

Kaynak: EPFL