Perovskit güneş hücreleri, bugün yaygın olarak kullanılan silikon güneş hücrelerine kıyasla daha kolay üretilebildiği, farklı yüzeylere uygulanabildiği ve yüksek verimlilik potansiyeli sayesinde, güneş enerjisi alanında üçüncü nesil devrimin anahtarı olarak görülüyor. Ancak bu teknolojinin yaygınlaşmasının önünde hâlâ bazı engeller bulunuyor. Bunların başında ise perovskit malzemelerin yüksek sıcaklıklarda kararlılığını kaybedebilmesi ve zamanla verimliliklerinin düşmesi geliyor. Çin Bilimler Akademisi (CAS) ve Dalian Jiaotong Üniversitesi'nden araştırmacılar, yürüttükleri son çalışmada bu soruna yönelik önemli bir ilerleme kaydetti. Araştırmacılar, daha kararlı bir perovskit yapısı elde etmek için geliştirdikleri yeni üretim yöntemiyle, 54,80 cm² aktif alana sahip bir güneş panelinde yüzde 22,7 verimliliğe ulaşmayı başardı. Çinli Araştırmacılar Metilamonyum İçermeyen Bir Perovskit Geliştirdi Perovskit güneş hücrelerinin karşılaştığı bu sorunun başlıca sebebi, üretimlerinde kullanılan metilamonyum (MA) moleküllerinin ısı ve kimyasal etkilere karşı yeterince kararlı olmaması. Özellikle yüksek sıcaklıklarda MA içeren perovskit yapılar bozunmaya başlayabiliyor. Bu süreçte metilamin (CH₃NH₂) ve hidrojen iyodür (HI) gibi uçucu bileşikler açığa çıkarken, perovskit kristal yapısında bozulmalar ve kurşun iyodür (PbI₂) oluşumu görülebiliyor. Bunun sonucunda malzemedeki kusurlar artıyor, elektrik yüklerinin taşınması zorlaşıyor ve güneş hücresinin verimliliği zamanla düşüyor. Çinli araştırmacılar da bu sorunu aşmak için metilamonyum içermeyen bir perovskit yapısı geliştirdi. Tabii burada yalnızca kullanılan malzemeyi değiştirmek yeterli değil. Perovskit güneş hücrelerinin büyük yüzeylere uygulanabilmesi için üretim sırasında malzemenin düzgün biçimde dağıtılması ve kristalleşme sürecinin kontrol altında tutulması gerekiyor. Araştırmacılar bu amaçla, geleneksel laboratuvar üretim yöntemlerinden farklı olarak slot-die kaplama tekniğinden yararlandı. Slot-die kaplama, sıvı hâldeki perovskit öncül çözeltisinin özel bir kaplama başlığı aracılığıyla yüzeye kontrollü biçimde aktarılmasına dayanıyor. Geleneksel spin coating (döndürerek kaplama) yönteminde sıvı malzeme, döndürülen yüzey üzerinde merkezkaç kuvvetiyle dağıtılırken, slot-die yönteminde kaplama miktarı ve kalınlığı daha doğrudan kontrol edilebiliyor. Bu da daha büyük yüzeylerde homojen ince filmler oluşturulmasını ve malzeme israfının azaltılmasını sağlıyor. Ayrıca slot-die kaplama, sürekli üretime imkân tanıyan roll-to-roll sistemlerine entegre edilebildiği için perovskit güneş hücrelerinin seri üretiminde de önemli bir potansiyel taşıyor. Bununla birlikte, geniş yüzeylerde aynı kalitede kaplama elde etmek kolay değil. Özellikle perovskit malzemenin kristalleşme sürecinin doğru şekilde yönetilmesi gerekiyor. Araştırmacılar bu sorunu çözmek için de rubidyum tiyosiyanat (RbSCN) ve formamidinyum tiyosiyanat (FASCN) isimli iki katkı maddesini birlikte kullanan bir strateji geliştirdi. Bu iki katkı maddesi, kaplama sırasında kristallerin oluşumunu kontrol ederek daha düzgün ve kararlı bir perovskit filminin ortaya çıkmasını sağladı. Burada özellikle perovskit malzemenin iki farklı kristal fazı arasındaki dönüşüm önem taşıyor. Araştırmacıların kullandığı yöntem, elektrik üretiminde etkili olan fotoaktif alfa fazının oluşumunu desteklerken, ışığı elektriğe dönüştürme konusunda çok daha sınırlı katkı sağlayan delta fazının oluşumunu engelliyor. İki katkı maddesinin birlikte çalışması, delta fazından alfa fazına geçiş için gereken enerji eşiğini düşürüyor. Böylece kristalleşme süreci daha kolay kontrol edilebiliyor ve istenmeyen ikincil fazların oluşumu sınırlandırılıyor. İlgili çözümler: çok kategorili ilan sitesi İlgili çözümler: şikayet platformları
Araştırmacılara göre bu yaklaşım, özellikle üretim koşullarındaki küçük farklılıklara karşı daha toleranslı bir süreç ortaya koyuyor. İki katkı maddesinin birlikte kullanılması sayesinde, homojen kristalleşme için gereken işlem aralığı 100 saniyenin üzerine çıkarıldı. Bu da üretim sırasında malzemenin daha geniş bir zaman aralığında istenen kristal yapısına kavuşmasını sağlıyor. Sonuçta daha büyük kristal tanelerine, daha düzgün bir dikey bileşim dağılımına ve daha düşük iç gerilime sahip filmler elde ediliyor. Üretilen Örneklerde Dikkat Çekici Sonuçlar Elde Edildi İlgili çözümler: emlak yazılımı
Geliştirilen yöntemle üretilen küçük ölçekli perovskit güneş hücrelerinde yüzde 26,16 enerji dönüşüm verimliliğine ulaşıldı. Daha büyük ölçekli modülde ise 54,80 cm² aktif yüzey alanı üzerinden yüzde 22,70 verimlilik elde edildi. Karşılaştırma amacıyla aynı katkı maddeleri kullanılmadan üretilen referans modülün verimliliği yüzde 15,8 seviyesinde kaldı. Bu sonuç, geliştirilen yöntemin yalnızca küçük laboratuvar hücrelerinde değil, daha büyük yüzeylere sahip modüllerde de verimliliği önemli ölçüde artırabildiğini ortaya koydu. Çalışmanın bir diğer önemli sonucu ise geliştirilen hücrelerin uzun süreli çalışma performansında ortaya çıktı. Araştırmacılar, herhangi bir koruyucu kapsülleme uygulanmamış güneş hücrelerini 65 derece sıcaklıkta, AM 1.5G güneş ışığı koşulları altında ve maksimum güç noktalarında sürekli çalışmaya tabi tuttu. Bu testte hücrelerin başlangıçtaki verimliliklerinin yüzde 97,76'sını 1.300 saat sonunda da koruduğu görüldü. Aynı koşullarda test edilen ve iki katkı maddesinin kullanılmadığı referans hücrelerde ise bu oran yalnızca yüzde 65,86 oldu. Elde edilen sonuçlar, perovskit güneş hücrelerinin önündeki en önemli engellerden biri olan uzun süreli kararlılık konusunda kayda değer bir ilerlemeye işaret ediyor. İlgili çözümler: web tasarım firması İlgili çözümler: i̇lan scripti v7 vip
Kaynak: DonanımHaber
