Mühendisler güneş panellerinin daha uzun ömürlü olmasını ve daha fazla güç üretmesini sağlayan gizli katmanı buldu.

Hong Kong Bilim ve Teknoloji Üniversitesi (HKUST) Mühendislik Fakültesi'ndeki araştırmacılar, perovskit tabanlı güneş panellerini kararsız hale getiren kusuru tespit etti. Araştırmacılar sorunu çözerek bu yüksek verimli güneş panellerinin geniş ölçekli kullanımının önünü açmış oldular.

Dünya fosil yakıtlardan uzaklaşmaya çalıştıkça, rüzgar ve güneş enerjisi tesisleri hızla kuruluyor. Güneş enerjisine neredeyse her yerden erişilebilmesine rağmen, güneş enerjisi kurulumu bugün bile hidroelektrik ve rüzgar enerjisi sistemlerinin gerisinde kalmaktadır.

Güneş enerjisinin nispeten düşük oranda benimsenmesinin bir nedeni de düşük verimliliğidir. Piyasada bulunan güneş panellerinin ortalama güç dönüşüm verimliliği (PCE) yüzde 15-20 arasındadır. Bu, gün boyunca bir güneş paneline gelen tüm güneş ışığının tipik bir güneş panelinin en fazla yüzde 20'sini elektriğe dönüştürebileceği anlamına gelir.

Bir güneş enerjisi santrali açısından bakıldığında, devasa altyapı kendisine sunulan güneş ışığının yüzde 80'ini dönüştüremez. Bu nedenle güneş pillerinin PCE'sinin büyük bir yükseltmeye ihtiyacı vardır ve perovskitler bu konuda yardımcı olabilir.

Açık deniz rüzgar çiftlikleri veya hidroelektrik santrallerinin inşasına kıyasla güneş enerjisi santrallerinin kurulumunun nispeten daha kolay olması, daha fazla perovskit tabanlı güneş panelinin yaygın olarak kurulması için daha güçlü bir durum oluşturmaktadır.

Ancak tüm üstün özelliklerine rağmen perovskitlerin önemli bir sorunu var. Sıcaklıktaki ani dalgalanmalar ya da nem ve oksijene uzun süre maruz kalmak malzemeyi kararsız hale getirir ve güneş pili çalışmayı durdurur. Bu, perovskitlerin ticari ölçekte benimsenmesinin önündeki en büyük engeldir.

HKUST'ta profesör olan Zhou Yuanyuan liderliğindeki araştırmacılar perovskit mikro yapısını inceledi ve malzemenin kristal tanelerinin yüzeylerinde içbükeylikler olduğunu buldu. Güneş pillerinde kullanıldığında, bu içbükeylikler perovskit filmin yapısal sürekliliğini etkiler ve değişen koşullar altında çökmesine neden olur.

“Zhou yaptığı açıklamada, “Perovskit filmlerin yapısal ayrıntılarını incelemek için atomik kuvvet mikroskobu kullandığımızda perovskit tanelerinin yüzey içbükeylikleri çok ilgimizi çekti. Bu içbükeylikler genellikle film tabanının altında gömülüdür ve kolayca gözden kaçabilir.

Bu kusur perovskitlerin geniş ölçekli kullanımını sınırlandırmıştır. Ayrıca araştırmacılar, içbükeyliğin perovskit tabanlı güneş pillerinin genel enerji dönüşüm verimliliğinde sınırlayıcı bir faktör olduğunu tespit etti. Bu nedenle, kusurun düzeltilmesi daha verimli güneş panellerinin oluşturulmasına da yardımcı olabilir.

Araştırmalarında ekip, perovskit malzemenin bir yüzey aktif madde molekülü, özellikle de tridekaflorohekzan-1-sülfonik asit potasyum ile muamele edilmesinin, güneş panelleri için film yaparken iyon difüzyonuna yardımcı olduğunu belirledi.

Basın açıklamasında, işlenmiş perovskit malzeme kullanılarak yapılan hücrelerin nemli ısı, termal döngü ve maksimum güç noktası izleme testleri altında daha iyi verimlilik ve kararlılık gösterdiği belirtildi.

Basın açıklamasında Zhou, “Tek tek kristal tanelerin yapısı ve geometrisi, perovskit yarı iletkenlerin ve güneş pillerinin performansının kaynağıdır” dedi.

“Tane yüzeyi içbükeyliklerini ortaya çıkararak, etkilerini anlayarak ve geometrilerini uyarlamak için kimyasal mühendislikten yararlanarak, perovskit güneş pillerini sınırlarına doğru verimlilik ve kararlılıkla yapmanın yeni bir yoluna öncülük ediyoruz.”