KRİSTALİN MALZEME, GÜNEŞ PİLLERİNİN VERİMLİLİĞİNİ İKİYE KATLAMAK İÇİN SİLİKONUN YERİNİ ALABİLİR
Purdue Üniversitesi'ndeki bilim adamları ve Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı, elektronların yeni kristalin bir materyalde nasıl hareket ettiğini keşfetti ve bu keşif, güneş pillerinin verimliliğini iki katına çıkarmaya neden olabilir. Bunlar gibi ultra hızlı mikroskop görüntüleri. Malzemedeki elektronların ısıya minimum enerji kaybıyla 200 nanometre üzerinde hareket edebildiğini gösteriyor.
Yeni bir malzemenin Purdue Üniversitesi ve Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuarı'ndaki araştırmacılar tarafından güneş pillerinin verimliliğini ikiye katlama kabiliyeti olduğu gösterildi.
Konvansiyonel güneş pilleri , bilim insanları tarafından Shockley-Queisser Limiti olarak bilinen en fazla üçte bir verimlidir. Yeni materyal, hem inorganik malzemeleri (iyot ve kurşun) hem de organik bir materyali (metil-amonyum) içeren kristal yapılı bir yapıda verimliliği artırdığı için ısı enerjisini kaybetmeden ışığın enerjinin üçte ikisini taşıyabilir. Daha az teknik şartlarda, bu malzeme, önemli bir maliyet artışı olmadan üretilen elektriği iki katına çıkarabilir.
Yeterli güneş enerjisi, gezegenin tüm enerji gereksinimlerini defalarca kez sağlamak için dünyaya ulaşmakta ancak bu enerjiyi yakalamak zordu, 2013 yılından bu yana dünya şebekesinin yalnızca yüzde 1'i güneş panellerinden üretildi.
Purdue'de kimya profesörü olan Libai Huang, melez bir perovskite adı verilen yeni malzemenin geleneksel silikon güneş pillerinden daha ince güneş pilleri yaratacağını ve ayrıca esnek, ucuz ve kolay hale getirdiğini söyledi.
En yaygın güneş pilleri, elektronu bağlı bir durumdan iletken bir duruma yükseltmek için gereken enerji miktarı olan bant aralığı nedeniyle enerjinin sadece üçte birini iletebilen bir yarı iletken olarak silikon kullanır.
Gelen fotonlar, bant aralığından daha fazla enerjiye sahip olabilir ve çok kısa bir süre için elektronlar fazladan enerji ile var olurlar. Bu elektronlara "sıcak taşıyıcılar" denir ve silisyumda yalnızca bir pikosaniyede ( 10-12 saniye) ve yalnızca 10 nanometre maksimum mesafeyi geçirirler. Bu noktada sıcak taşıyıcı elektronlar enerjilerini ısı olarak bırakırlar. Bu, güneş pillerinin verimsizliğinin temel nedenlerinden biridir.
Huang, "Sıcak taşıyıcıların etkili olması gereken mesafe, en azından bir güneş pilinin kalınlığı ya da bu yeni perovskite malzemesinin elde edebileceği yaklaşık 200 nanometrelik kalınlıktır," diyor. "Ayrıca bu taşıyıcılar, silikondan iki misli daha uzun, yaklaşık 100 pikosaniye yaşayabilir."
"Bu çalışma, standart bir polikristalin perovskite ince filmdeki sıcak taşıyıcıların etkili bir perovskite güneş pili oluşturmak için gereken film kalınlığına benzer veya daha uzun bir mesafeye kadar yolculuk edebildiğini gösterdi" diyor. "Bu, sıcak taşıyıcı perovskit güneş pilleri geliştirme potansiyelinin iyi olduğunu gösteriyor."
Bu çalışma, standart bir polikristalin perovskite ince filmdeki sıcak taşıyıcıların verimli bir perovskit güneş pilisi oluşturmak için gereken film kalınlığına benzer veya daha uzun bir mesafe boyunca seyahat edebileceğini gösterdi "diyor.
Bununla birlikte, ticari bir ürün geliştirilmeden önce, araştırmacılar, Purdue'de geliştirilen teknikleri, materyaldeki kurşunun diğer, daha az toksik metallerle değiştirerek kullanmaya çalışıyorlar.
Zhu, "Bir sonraki adım, harici devrede güç üretmek için bu sıcak taşıyıcıları çıkarmak için uygun enerji seviyelerine sahip uygun kontak malzemeleri veya yapıları bulmak veya geliştirmektir ", diyor Zhu. "Bu kolay olmayabilir."
Yeni eşsiz bir malzeme kullanarak güneş pillerinin verimliliğini ikiye katlama potansiyeli Purdue Üniversitesi ve Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuarı tarafından keşfedilmiştir. Melez bir perovskite adı verilen malzeme, organik bir molekül metil-amonyum içeren bir inorganik kristal "kafes" e sahiptir.
Çeviri: Celal DEMİRTAŞ
More information: Long-range hot-carrier transport in hybrid perovskites visualized by ultrafast microscopy", Science (2017). science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.aam7744
Referans Derği:Science
Yayınlama tarihi: 11.04.2017