Araştırmacılar son yıllarda daha etkili güneş enerjisi teknolojileri ve çevre dostu batarya tasarımları geliştirmek için çalışıyor. Güneş hücreleri veya fotovoltaik (PV) sistemler tarafından toplanan enerjiyi depolayabilen cihazlar olan güneş pilleri, giderek artan sürdürülebilir enerji alternatifleri arasında yer alıyor.
Sürdürülebilir entegre güneş pili tasarımı, Max Planck Katı Hal Araştırmaları Enstitüsü’nde Prof. Bettina Lotsch yönetimindeki bir araştırma ekibi tarafından kısa süre önce tanıtıldı. Dünya üzerinde doğal olarak bol miktarda bulunan minerallere dayanıyor. Energy & Environmental Science’da yayınlanan bir raporda açıklandığı üzere, konseptleri hem ışığı emebilen hem de elektrik yükünü depolayabilen iki fonksiyonlu bir karbon nitrür (K-PHI) fotoanoda dayanmaktadır.
Güneş Pili Araştırmaları
Çalışmanın yazarlarından Andreas Gouder’e göre, “Güneş pili araştırma alanı hala genç ve sonuç olarak farklı entegrasyon seviyelerine sahip kavramlar ve fikirler açısından çok çeşitli.” Entegrasyon, iki işlevin tek bir cihazda birleştirilmesi anlamına geliyor. Bu, burada yapıldığı gibi iki işlevli bir elektrot malzemesi kullanmak veya bir bataryaya fotoaktif bir elektrot dahil etmek gibi çeşitli şekillerde gerçekleştirilebilir. Ancak entegrasyonun da yük aktarımı üzerinde etkisi olabilir.
Güneş Pillerinin Şarjı
Esasen, piller ışıkla şarj edilirken fotojenere yük taşıyıcılarından birinin fotoaktif elektrottan başka bir “karşı” elektrota taşınması gerekir. Bu işlem, bugüne kadar üretilen ve katı elektrotlara dayanan güneş pillerinin çoğunda harici bir tel aracılığıyla gerçekleşir.
Prof. Lotsch, Gouder ve ortaklarının amacı, bu sürecin dahili olarak gerçekleştiği bir batarya sistemi geliştirmekti. Bunu başarmak için, bataryalarına iki elektrodu ayıran çok amaçlı bir ayırıcı dahil ettiler.
Gouder, iki işlevli, ucuz, toprakta bol miktarda bulunan 2D polimerik karbon nitrürleri (yani karbon nitrür modifikasyonu “K-PHI”) ilk kez güneş pilleri için fotoanot olarak kullanmanın yanı sıra, çalışmanın bu yeni, daha entegre mekanizmayı kullanarak bir kavram kanıtı cihazı oluşturmakla motive olduğunu söyledi. Ekibimiz ilk olarak 2018’de K-PHI’nin güneş pili anodu olarak kullanışlılığını inceledi ve daha sonra 2019’da bununla ilgili bir patent başvurusunda bulundu.
Araştırmacıların pili, aralarında bir ayırıcı bulunan iki elektrottan (anot ve katot) oluşuyor. K-PHI’dan yapılmış olan anot, ışık emiliminden sorumludur. Fotojenere delikler organik iletken polimer katoda taşınırken, fotojenere elektronlar doğrudan K-PHI’da depolanır.
Gouder’e göre bu, “hemen hemen tüm diğer karşılaştırılabilir kapalı güneş pili cihazlarında” harici bir tel ile gerçekleştiriliyor. “Bu durumda, bir delik taşıma katmanı dahili, ayırt edici ve düzeltilmiş transfer mekanizmasını gerçekleştirir. Bu cihaz teorik olarak standart bir güneş pili veya pili olarak kullanılabilse de, hepsi bu çalışmanın bir parçası olarak kapsamlı bir şekilde incelediğimiz çeşitli ışık destekli modlar kullanılabilir hale geliyor.
Dr. Lotsch, Gouder ve meslektaşları bir dizi test aracılığıyla güneş pillerinin performansını değerlendirdi ve son derece umut verici sonuçlar verdiğini keşfetti. Bir güneş pilinin şarj süreci ya da hem şarj hem de deşarj süreçleri güneş ışığı ile desteklenebilir. Bilim insanları, geliştirdikleri yöntem hem şarj hem de deşarj işlemlerinde kullanıldığında, geri kazanılan enerjinin, pilin tipik piller gibi karanlıkta çalıştırıldığı duruma kıyasla %94,1 oranında önemli ölçüde arttığını keşfetti.
Bu çalışma ekibinin entegre güneş pili mimarisi, diğer grupları da kendilerininkine benzer ayırıcılar veya karbon nitrür fotoanotlar kullanarak sürdürülebilir piller geliştirmeye motive edebilir. Bu arada, araştırmacılar teknolojilerinin enerji verimliliğini ilerletmek ve ticarileştirmeyi teşvik etmek istiyorlar.
Gouder sözlerine şöyle devam etti: “Foto şarjın verimliliği benzer fotoanot tabanlı güneş pili cihazlarınınkine eşdeğer olsa da, bir güneş pili ve bir bataryadan oluşan daha geleneksel iki cihazlı sistemlerin gerisinde kalıyor. Son teknoloji güneş pilleriyle rekabet edebilmesi için geleneksel bir güneş enerjisi parkına kurulması, özellikle fotoakımın yükseltilmesini gerektiriyor. Cihazın yarı saydam özelliği, akla gelebilecek diğer uygulama alanlarının yanı sıra, geleneksel güneş pillerinin kullanılamadığı yerlerde kullanılmasına izin verebilir. (örneğin pencereler). Ek olarak, şarj depolama doğrudan cihaz üzerinde gerçekleştiğinden, çok merkezi olmayan bir şekilde çalışır ve farklı mikro cihazlarda olduğu gibi bir şarj depolama altyapısına ihtiyaç duymaz.
Kaynak: techxplore
