Mühendisler, Yeni Nesil Güneş Hücrelerinde %40 Verimlilik Hedefliyor

Dünyanın daha temiz ve verimli enerji kaynaklarına olan talebi artarken, güneş enerjisi en umut verici çözümlerden biri olmaya devam ediyor ama fotovoltaik teknolojideki ilerlemelere rağmen, mühendisler hâlâ verimlilik, dayanıklılık ve maliyet arasında ideal dengeyi arıyor.

Öne çıkan yeniliklerden biri olan perovskit/silikon tandem güneş hücreleri (TSC), geleneksel silikon hücreleri geride bırakma potansiyeliyle dikkat çekiyor fakat bu teknolojinin ticari ölçeğe taşınması hâlâ önemli zorluklar içeriyor.

Hong Kong Politeknik Üniversitesi’nden (PolyU) bir mühendislik ekibi, bu engellerin aşılmasında önemli ilerleme kaydettiklerini bildirdi. Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü’nden Prof. Li Gang ve Prof. Yang Guang liderliğinde yürütülen çalışmada araştırmacılar, perovskit/silikon TSC’lerin enerji dönüşüm verimliliğini yaklaşık %34’ten %40 seviyesine çıkarmayı hedefliyor.

Ekip, geliştirdiği yöntemlerle verimlilik, kararlılık ve ölçeklenebilirliği artırarak bu hücrelerin kitlesel üretime uygun hale getirilmesini amaçlıyor. Söz konusu adım aynı zamanda Çin’in karbon nötrlüğü hedefleriyle de doğrudan uyumlu.

PolyU ekibi, laboratuvar ölçeğindeki başarıların gerçek dünyada kalıcı sonuçlara dönüşmesi için TSC performansını detaylı biçimde inceledi. Prof. Li Gang, çalışmaya ilişkin yaptığı açıklamada “Laboratuvar ölçeğindeki cihazlar etkileyici verimlilik artışları gösterse de, güvenilirliğin artırılması için daha fazla çalışmaya ihtiyaç var. Küçük ölçekli cihazlardan büyük modüllere geçerken yaşanan verim kayıplarını en aza indirmek kritik önem taşıyor.” ifadelerini kullandı.

Ekip, perovskit malzemelerin nem, oksijen, ultraviyole ışık ve sıcaklık dalgalanmalarına karşı hassas olduğunu ve zamanla performansın bu etkenlerle azaldığını vurguladı. Hücrelerin tam modüllere dönüştürülmesi ise üretimsel zorlukları beraberinde getiriyor, özellikle malzeme birörnekliğinin korunması ve üretim hatalarının kontrolü gibi. Dış ortam testleri başlamış olsa da, uzun vadeli dayanıklılık verileri hâlâ sınırlı.

Araştırmacılar, eksikleri gidermek için Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (IEC) standartlarına dayalı hızlandırılmış stabilite testleri öneriyor. Prof. Li, ayrıca “Malzeme ve yöntemlerin üretimle uyumluluğuna da özel önem verilmesi gerekiyor. Endüstriyel standartlarla tam hizalanma sağlanmalı.” uyarısında bulundu.

Çevresel ve Malzeme Kaygılarına Yaklaşım

Perovskit malzemeler nispeten uygun maliyetli olsa da, içerdiği kurşun ve nadir elementler çevresel kaygılara yol açıyor.
PolyU ekibi, teknolojinin uzun vadeli sürdürülebilirliğini sağlamak için alternatif malzeme araştırmalarının hızlandırılmasını ve etkin geri dönüşüm ya da kurşun yönetim sistemlerinin geliştirilmesini öneriyor.

Araştırmacılar, bilimsel yenilik ile çevresel sorumluluğu birleştirerek perovskit/silikon TSC’leri geleceğin temiz enerji sistemlerinin temel taşı olarak konumlandırıyor ancak potansiyelin gerçekleşmesi için sektörün hem performans hem de sürdürülebilirlik standartlarını karşılaması gerekiyor.

Ticarileşme için İş Birliği Çağrısı

Ekip, bu teknolojinin ticarileşmesi için akademi, sanayi ve araştırma kurumları arasında güçlü iş birliği gerektiğini vurguluyor.
Prof. Yang Guang, açıklamasında şunları söyledi: “Yüksek verimli ve güvenilir perovskit/silikon TSC’lerin geliştirilmesi, kalan bilimsel zorlukların aşılmasına ve daha düşük elektrik üretim maliyetlerine ulaşılmasına bağlı.”

Yang, ayrıca malzeme bilimi, cihaz mühendisliği ve ekonomik modelleme alanlarının entegre edilmesinin, teknolojinin ticari olgunluğa ulaşmasında belirleyici olacağını belirtti.

Ekip, yürüttükleri çalışmaların laboratuvar prototiplerinden büyük ölçekli üretime geçişi hızlandıracağını ve bu dönüşümün ülkenin karbon zirvesi ve nötrlüğü hedefleriyle doğrudan örtüştüğünü düşünüyor. Prof. Yang, sözlerini “Yüksek verimli yenilenebilir enerji kaynaklarının istikrarlı tedarikini sağlayarak, yapay zeka gibi yüksek enerji tüketen endüstrilere yeşil ve güvenilir güç desteği sunmayı; böylece enerji yapısının düşük karbonlu dönüşümüne katkı sağlamayı amaçlıyoruz.” şeklinde tamamladı.

Eğer hedef başarıya ulaşırsa, PolyU’nun %40 verimlilik eşiği, perovskit/silikon tandem güneş hücrelerinin laboratuvarlardan çıkarak çatılara ve endüstriyel enerji ağlarına taşınmasının önünü açacak. Bu gelişme, temiz enerji geleceği için dönüm noktası niteliğinde olacak.

Araştırma, Nature Photonics dergisinde yayımlandı.

‍

‍

‍

‍

Kaynak: https://interestingengineering.com/energy/next-gen-solar-efficiency-polyu