Son yıllarda, güneş paneli fiyatlarının düşmesiyle birlikte, güneş enerjisi santralleri inşa etmenin maliyeti giderek azalmakta. Bu durum, her bir panelin, kurulumu sırasında daha fazla elektrik üretebilecek panellere yatırım yapmayı değerli kılmakta. Ancak, silikon paneller fiziksel verimlilik limitlerine yaklaşmakta. Bu noktada, silikon ile farklı bir fotovoltaik malzeme birleştirmenin, güneş panellerindeki verimlilik artışı için en iyi fırsatları sunabileceği düşünülüyor.
Perovskit Malzemeleri ile Verimlilik Artışı
Güneş paneli teknolojisinin odak noktalarından biri, silikon ile perovskit adı verilen bir malzeme sınıfını birleştirmektir. Perovskit kristalleri, silikonun üzerine katmanlar halinde yerleştirilebiliyor ve bu sayede farklı dalga boylarındaki ışıkları emebilme yeteneği kazanıyor. Ayrıca, perovskitler, genellikle daha düşük maliyetli ham maddelerle üretilebiliyor. Ancak, yüksek verimlilik ve uzun ömürlülük açısından perovskitlerin kullanımıyla ilgili ciddi zorluklar mevcut. Araştırmacılar, bu sorunları aşmak amacıyla yoğun bir şekilde çalışmalara devam ediyor.
Geçtiğimiz günlerde, bu alanda önemli iki laboratuvar, perovskit/silikon sistemlerinde %34’e kadar verimlilik artışı sağlandığını rapor etti.
Perovskitlerin Stabilitesinin Artırılması
Perovskitler, belirli bir kristal yapısına sahip olan tüm malzeme sınıflarını kapsıyor. Bu yapı, hammadde seçiminde esneklik sağlarken, aynı zamanda perovskit bazlı fotovoltaiklerin üretiminde kullanılan çözelti işlemesi (solution processing) gibi yöntemlerin bazı dezavantajlarını da beraberinde getiriyor. Çözelti işlemesi, tüm ham maddelerin bir sıvıda çözündüğü ve daha sonra bu sıvının panele katmanlar halinde uygulandığı bir süreçtir. Bu süreçte, tek bir yüzeyde farklı yönelimleri olan çok sayıda kristal oluşabilmekte, bu da verimliliği azaltmaktadır.
Bunun yanı sıra, perovskitlerin stabilitesi de bir diğer ciddi sorun. Genellikle pozitif ve negatif yüklü iyonlardan oluşan perovskitlerin, belirli oranlarda bulunmaları gerekiyor. Ancak zamanla bazı bireysel iyonlar difüze olabiliyor ve bu durum, kristal yapıyı bozuyor. Güneş enerjisi hasadı sırasında malzemenin ısınması, difüzyon hızını artırarak durumu daha da kötüleştiriyor.
Yeni gelişmeler, bu sorunları iki farklı yaklaşımla ele alıyor. İlk çalışma, perovskitlerin esnekliğini kullanarak farklı iyonların entegrasyonunu mümkün kılıyor. Araştırmacılar, tetrahidrotiaziniyum adında, altı atomdan oluşan bir halkalı molekül kullandı. Bu molekül, güçlü bir bağlanma sağlar ve bu sayede perovskit kristal yapısının stabilitesini artırır. Araştırmacılar tarafından geliştirilen yöntemle, perovskit kristallerinin verimliliği %34 seviyelerine ulaştı. Ancak, bu malzemenin ticari kullanım için henüz yeterli stabiliteye ulaşmadığına dikkat çekiliyor.
Yüksek Verimlilik Hedefi
İkinci çalışma ise, çözelti işlemesinin sağladığı boyunca bir dizi bağımsız kristal meydana getirmesine odaklanıyor. Problemi çözmek için, çözeltideki kimyasalların çözünürlüğünü azaltabilen bir anti solvent kullanıldı. Böylece, daha az hatalı ve daha dayanıklı kristaller oluşturuldu.
Bu yeni yöntemle, silikon fotovoltaik katmanla birleştiğinde %30 ila %33 verimlilik gibi önemli bir rakama ulaşıldı. Ancak yine de, ısınma gibi olumsuz koşullar altında kararlılık sorunları devam ediyor. Araştırmalar, bu iki yöntemin birleştirilmesinin muhtemel yüksek verimlilik ve stabilite sağlayabileceğini belirtiyor.
Sonuç olarak, perovskit/silikon tandem güneş hücreleri için stabilite sorunları hâlâ çözüme kavuşturulmayı bekliyor. Araştırmalar devam etmekte, ancak mevcut verimlilik artışları, güneş enerjisi teknolojisindeki ilerlemeyi gözler önüne seriyor. İleriye dönük, daha dayanıklı ve verimli güneş panellerinin geliştirilmesi, hem sektörde hem de çevresel sürdürülebilirlik açısından büyük bir önem taşıyor.