Solar hücrelerle pencereden elektrik üretmek
Malzeme bilimindeki ve teknolojisindeki gelişmeler enerji alanında da yeni açılımlar ve olanaklar sağlıyor. Ağırlıkça hafif solar hücrelerin yeterli verimlilikte ve estetik özellikte yapılması halinde bina ve gökdelen pencerelerinin güneş enerjisi üretmek için verimli alanlar olacağı belirtildi. Chemical& Engineering News sitesinde yer alan 19 Aralık 2013 tarihli habere göre Oxford Üniversitesi’ndeki araştırmacılar yarı şeffaf güneş hücrelerinin bu işi yapabileceğini düşünüyorlar.
Pencerelerde kullanmak için solar hücrelerin hem yeterli enerjiyi üretmek için yeterli ışığı absorbe etmesi, hem de şeffaflığı sağlamak için ışığı geçirmesi gerekiyor. Organik fotovoltaik malzemeler infrared (kızılötesi) ışığı absorbe ederken görülebilir ışığı geçiriyor, ancak verimlilikleri çok düşük. Amorf silikon gibi inorganik yarıiletkenler spektrumun görülebilir bölümünü kuvvetle absorbe ediyorlar; şeffaf olabilmeleri için tuttukları foton miktarını azaltacak şekilde çok ince yapılmaları gerekiyor. Ayrıca mimari açıdan pek de istenmeyen şekilde pencerelere kahverengimsi ve kırmızımsı bir renk veriyorlar.
Oxford araştırma grubu son zamanlarda fotovoltaik alanındaki araştırmalarda öne çıkan, kristal yapıda bir malzeme olan perovskitleri kullanmayı tercih ettiler. Perovskitler inorganik yarıiletkenler benziyor, güneş ışığı-elektrik enerjisi dönüşümünde yüzde 15’ten fazla bir verim sağlıyor.
Araştırmacılar, yarıgeçirgen hücreleri yapmak için önce flor katkılı kalay oksit ile kaplı cam üzerine film halinde perovskit CH3NH3PbI3-xClx depoladılar. Filmi oluşturmak için metil amonyum iyodür ve kurşun klorürü karıştırdılar ve dimetilsülfoksit gibi bir çözücü kullanarak çözeltiyle cama spin (döndürmeli) kaplama yaptılar. Akabinde ortaya çıkan filmi 90-130 C sıcaklık aralığına kadar ısıttılar. Çözelti soğudukça dewetting (ıslanmama) denen bir sürece girdi; cam yüzeyinde damlacıklar oluştu, çözelti buharlaştıkça aralarında boşluklar bulunan kristal malzeme adacıkları meydana geldi. Işık boşluk alanlardan geçerken bu adacıklar fotonları absorbe ediyor ve elektronlara çeviriyor. Sonuç olarak grimsi renkte, şeffaf bir solar hücre ortaya çıkmış oluyor.
Filmin şeffaflığı arttıkça verim azalıyor. Gelen ışığın yaklaşık yüzde 30’unu içinden geçiren en şeffaf hücreler ışığı elektriğe yüzde 3.5 gibi bir verimlilikle dönüştürüyor. Şeffaflığı yüzde 7 olan en karanlık filmlerin verimi ise yüzde 8’e yakın. Işığın yarısını geçirip yüzde 5 dönüşüm verimine sahip olan film tabakasının en uygun kaplama olacağı düşünülüyor. Daha alınacak çok yol olduğunu söyleyen araştırmacılar 2017 itibariyle ticari safhaya geçileceğini umuyor.
Konuyla ilgili bir sonraki adımın malzemenin kararlılığını sağlamak olduğu düşünülüyor. Uygulamada kullanılabilmesi için güneş hücresinin yıllarca işlevini sürdürebilmesi gerek; hatta elektrik üretimi sona erse de hücrenin bulunduğu pencere en az on yıl rengini ve şeffaflığını korumalı. Ayrıca standart çift camlı tasarımlarda çoğunlukla iki tabaka arasına yerleştirilen güneş hücrelerinde elektriği iletmek için şeffaf elektrotlara ihtiyaç duyulacaktır. Araştırmacılar bunların muhtemelen metal nanokablolar ya da spin kaplama indiyum kalay oksitlerden yapılacağını belirtiyorlar.
Bu yeni solar hücreler için “Fantastik teknoloji” deyimini kullananlar var. Ancak perovskitlerin ticarileşmesinin önünde, kurşun kullanımı ve hücrelerin neme karşı duyarlılığı gibi zorluklar olduğu da eklenmekte. Bununla birlikte solar hücre teknolojisinin verimliliğindeki benzersiz sayılabilecek hızlı bir gelişme olduğuna dikkat çekiliyor.
http://cen.acs.org/articles/91/web/2013/12/Solar-Cells-Help-Windows-Generate.html
