Silikon-Perovskit tandemi % 25+ dönüşüm üretiyor

Kristalin silikon tandem hücre yapıları geleneksel c-Si’ nin sınırlarının ötesinde verim sağlama yönünde umut veriyorlar. İsviçreli araştırmacılar, rekabetçi bir üretim süreci olduğunu iddia ettikleri şeyi kullanarak, bir c-Si-perovskit tandem hücre yapısı ile% 25’in ötesinde dönüşüme ulaştıklarını söylüyorlar.

EPFL ve İsviçre Elektronik ve Mikro Teknoloji Merkezi (CSEM) araştırmacıları % 25,2′ lik bir dönüşüm verimliliğine sahip olan bir silikon-perovskit tandem güneş hücresi ürettiler. Günümüzde kristalin silikon PV hücreleri, küresel pazar payı % 90′ ın üzerinde olan lider teknolojidir. Teorik maksimum dönüşüm tavanı nedeniyle yıllarca süren araştırmalardan sonra elde edilen % 20-22 mevcut dönüşümün önemli ölçüde iyileştirilmesi mümkün görünmüyor. Bu yüzden hücre üreticilerinin yeni teknolojiler denemesi ve dönüşüm oranını artırmayı gerekiyor. Bir tandem veya heterojunction ile (HJT) iki farklı hücre mimarisini katmanlamak, bir sonraki c-Si / amorf silikon (a-Si) tandem yapısını kullanarak HJT hücreleri ile daha yüksek dönüşüm düzeyine ulaşma olasılığı bulunmaktadır.

Ancak etkili bir tandem yapısı oluşturmak kolay bir iş değildir. Silikon yüzeyi ışığı yakalayan ve yansımasını engelleyen yaklaşık 5 mikron büyüklüğünde piramitlerden meydana geliyor. Diğer taraftan yüzey dokusu homojen bir perovskit filminin yerleştirilmesini zorlaştırıyor. Tandem hücre geliştiren araştırmacıların karşılaştığı ikinci zorluk bu kadar yüksek verimli yapıların maliyet-etkin bir şekilde üretilmesi gereğidir. Aksi durumda tandem teknolojisinin ticarileşmesi sınırlı kalacaktır.

EPFL ve CSEM’ deki bilim adamları si piramitleri tamamen örten inorganik bir taban filmi oluşturmak için buharlaşma yöntemlerini kullandılar. Bu film gözenekli olup daha sonra spin-kaplama olarak adlandırılan ince film biriktirme tekniği ile eklenen sıvı organik çözeltiyinin korunmasını sağlar. Araştırmacılar daha sonra 150° C lik nispeten düşük bir sıcaklık uygulayarak silikon piramitlerin üstünde homojen bir perovskit filmini kristalize ederler.

İki malzemeyi birleştirmek yoluyla güneş spektrumunun kullanımını en üst düzeye çıkarabilir ve üretilen güç miktarını artırabiliriz. Yapılan hesaplamalar ve çalışmalar,% 30′ luk bir dönüşümün kısa sürede mümkün olacağını gösteriyor,

pv-magazine.com

Aralık 2020 güncelleme

Süreç içerisinde, silikon bazlı güneş hücresi teknolojileri, malzemenin yüksek sıcaklıklarda kararlı olması, sertlik ve yüzey pasifleştirme kolaylığı gibi önemli özellikleri ile fotovoltaik uygulamalarda tercih edilen bir seçenek haline geldi. Ancak üretim zorlukları (çok aşamalı üretim, yüksek sıcaklıkta işleme, temiz oda gerekliliği vb.) nedeniyle maliyetlerinin yüksek oluşu ve verimlilik limitleri gibi sebeplerle uzun süredir bu güneş hücrelerinin alternatifleri araştırılıyor. Dolayısıyla, düşük maliyetleri üretim
kolaylığı ile birleştiren ve daha yüksek verimlilikle enerji hasadı gerçekleştirebilen teknolojilerin silikon bazlı sistemlerin yerini alması bekleniyor.

Metal halojen perovskitler bu boşluğu doldurmak için en güçlü aday olarak kabul ediliyor. Bu malzemeler, yüksek ışık emme kabiliyeti, elektriksel yük taşıma ömrü ve güç dönüşüm verimliliği ile dikkat çekiyor.
Genel ifadeyle perovskitler, kalsiyum titanat (CaTiO3) kristal yapısına benzer kristal yapıdaki (ABX3) malzemeler olarak ifade ediliyor. Perovskitlerin kristal yapısındaki A ve B bileşenleri katyonları, X ise A’dan daha küçük boyutlardaki anyonu gösteriyor. Bu yapıda çok sayıda malzeme elde edilebiliyor. Farklı tür perovskitler termoelektrik, yalıtkan, yarı iletken, iletken, piezoelektrik, antiferromanyetik ve süper iletken uygulamalarında kullanılıyor. Bu malzemeler genellikle perovskiti oluşturan bileşenlerin katı haldeyken yüksek sıcaklıkta karıştırılması ile elde ediliyor.

Metal halojen perovskitler güneş hücresi teknolojisinde oldukça yeni bir gelişme sayılıyor. Son on yıllık süreçte yapılan araştırmalar neticesinde, perovskit güneş hücreleri, silikon teknolojisi ile üretilen hücrelerin performanslarıyla rekabet edecek seviyelere geldi. Perovskit güneş hücrelerinin 2009 yılında %4 civarlarında olan verimlilik oranı, 2013 yılında %15’in, 2019’da ise %25’in üzerine çıkarıldı. Bu oran silikon güneş hücrelerinde ise %28 civarlarındadır. Silikon bazlı hücrelerin verimliliğinin daha fazla artırılmasının mümkün olmaması, perovskit güneş hücrelerinin en hızlı gelişen güneş enerjisi teknolojisi olmasına yol açıyor.

Kaynaklar

Ahmed M.I., Habib, A., ve ark., “Perovskite Solar Cells: Potentials, Challenges,
and Opportunities”, International Journal of Photoenergy, Cilt 2015, Makale
No.592308, 2015.

Prasanna, R., Leijtens, T., ve ark., “Design of low bandgap tin–lead halide
perovskite solar cells to achieve thermal, atmospheric and operational stability”,
Nature Energy, Cilt 4, s. 939-947, 2019.

https://devicematerialscommunity.nature.com/users/322779-rohit-prasanna/
posts/54961-low-band-gap-perovskites-for-solar-cells-with-thermal-atmosphericand-operational-stability