Güneş enerjisi alanında umut verici bir gelişme olan perovskit güneş hücreleri, yüksek verimlilikleriyle dikkat çekiyor. Ancak bu güneş hücrelerinin önemli bir dezavantajı var: Termal kararsızlık. Yani yüksek sıcaklıklara maruz kaldıklarında iyi çalışmıyorlar.
Hong Kong Üniversitesi’nden (CityU) Kimya Bölümü’nden Profesör Zhu Zonglong, Huazhong Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden Profesör Li Zhong’an ile işbirliği yaparak, perovskit güneş hücreleri için kendiliğinden oluşan tek katmanlı (SAM) bir yapı geliştirdi. Bu yapı, nikel oksit yüzeyine bağlanarak güneş hücrelerinde yük çıkarma katmanı olarak işlev görüyor.
Profesör Zhu, “Bu yöntemle güneş hücrelerinin termal dayanıklılığını önemli ölçüde artırdık” dedi ve termal kararlılığın perovskit güneş hücrelerinin ticari olarak kullanılmasının önündeki önemli bir engel olduğunu belirtti.
“Termal olarak dayanıklı bir yük çıkarma katmanı ekleyerek, geliştirilmiş hücrelerimiz yüksek sıcaklıklarda (65 derece Celsius civarında) 1000 saatten fazla çalıştırıldığında bile verimliliklerinin yüzde 90’ından fazlasını koruyor. Bu etkileyici bir verimlilik oranı olan yüzde 25,6’ya ulaşıyor. Bu bir kilometre taşı başarısıdır” diye ekledi Profesör Zhu.
Bu araştırmanın motivasyonu, güneş enerjisi sektöründeki belirli bir zorluktan kaynaklanıyor: Perovskit güneş hücrelerinin termal kararsızlığı.
Profesör Zhu şöyle açıkladı: “Yüksek verimliliklerine rağmen, bu güneş hücreleri soğuk havada olağanüstü iyi çalışan ama sıcak günde aşırı ısınıp düşük performans gösteren bir spor arabaya benziyor. Bu da yaygın kullanımlarını engelleyen önemli bir engeldi.”
CityU ekibi, bu hücrelerin önemli bir parçası olan kendiliğinden oluşan tek katmanlı (SAM) yapıya odaklandı ve bunu ısıya duyarlı bir kalkan olarak hayal etti.
“Yüksek sıcaklık maruziyetinin SAM molekülleri içindeki kimyasal bağları kırabileceğini ve cihaz performansını olumsuz etkileyebileceğini keşfettik. Bu yüzden çözümümüz ısıya dayanıklı bir zırh eklemeye benziyordu – nikel oksit nanopartiküllerden oluşan bir katman, üzerine de çeşitli deneysel yöntemlerin ve teorik hesaplamaların birleştirilmesiyle elde edilen bir SAM ile tamamlanıyordu” dedi Profesör Zhu.
Bu sorunu çözmek için CityU ekibi, yenilikçi bir çözüm sundu: SAM’ı doğal olarak kararlı bir nikel oksit yüzeyine bağlayarak, SAM’ın substrattaki bağlanma enerjisini artırdı. Ayrıca, kendi yeni bir SAM molekülü sentezlediler ve perovskit cihazlarda daha verimli yük çıkarma sağlayan yenilikçi bir molekül yarattılar.
Yüksek sıcaklıklarda daha iyi verimlilik
Araştırmanın temel sonucu, güneş enerjisi alanının potansiyel olarak dönüşümüdür. Yenilikçi şekilde tasarlanmış SAM’larla perovskit güneş hücrelerinin termal kararlılığını artırarak, bu hücrelerin yüksek sıcaklık koşullarında bile verimli bir şekilde çalışmasının temelini atmışlardır.
Profesör Zhu, “Bu gelişme çok önemli çünkü perovskit güneş hücrelerinin daha geniş kullanımını engelleyen büyük bir engeli ortadan kaldırıyor. Buluşlarımız bu hücrelerin kullanım alanlarını önemli ölçüde genişletebilir, uygulama sınırlarını yüksek sıcaklıkların caydırıcı olduğu ortamlara ve iklimlere kadar itebilir” dedi.
Basın bülteninde “Bu bulguların önemi abartılamaz. Perovskit güneş hücrelerinin ticari olarak yaşayabilirliğini artırarak, CityU sadece yenilenebilir enerji piyasasına yeni bir oyuncu tanıtmakla kalmıyor, aynı zamanda küresel olarak sürdürülebilir ve enerji verimli kaynaklara yönelik potansiyel bir oyun değiştirici için sahneyi hazırlıyor” denildi.