Singapur Ulusal Üniversitesi (NUS) araştırmacıları, perovskit-silikon tandem güneş hücrelerinin yüksek sıcaklık altında uzun süre dayanmasını sağlayan yeni bir yöntem geliştirdi. Yapılan testlerde cihazlar, yaklaşık 65°C’de (149°F) 1.200 saat çalıştıktan sonra ilk performanslarının yüzde 96’sından fazlasını korudu.
Yeni yaklaşım, hücre katmanları arasındaki ultra ince arayüzün moleküler düzeyde yeniden tasarlanmasına dayanıyor. Ekip, geliştirdikleri yöntemin bağımsız bir test merkezince yüzde 33,6 sertifikalı verimlilik dahil olmak üzere yüzde 34’ün üzerinde verimlilik sağladığını belirtti.
TANDEM TASARIMDA KRİTİK ZAYIF NOKTA
Perovskit-silikon tandem güneş hücreleri, güneş ışığının daha geniş bir spektrumunu yakalamak için iki farklı malzemeyi bir araya getiriyor. Ancak bu hücreler, yüksek verimliliğe rağmen sıcaklık kaynaklı kararsızlık sorunları nedeniyle ticarileşmekte zorlanıyor.
NUS’tan Yardımcı Doçent Park Somin liderliğindeki ekip, literatürde tanımlanmış yüksek verimli bir tandem hücresini yeniden üreterek kararsızlığın kaynağını araştırdı. Sürekli ısı ve ışığa maruz bırakılan hücrelerde arızanın perovskitte değil, perovskit ile silikon arasındaki kendiliğinden birleşen tek tabaka (SAM) denilen temas katmanında meydana geldiği belirlendi.
MOLEKÜLER TABAKADA SICAKLIK SORUNU
Bu SAM tabakası, elektrik yüklerinin taşınmasını kolaylaştıran bir delik taşıma tabakası olarak görev yapıyor. Ancak geleneksel SAM’lerin sıcaklık yükseldiğinde düzenli yapılarını kaybettiği gözlemlendi. NUS Tasarım ve Mühendislik Fakültesi’nden Yardımcı Doçent Wei Mingyang, bu durumu şu ifadelerle açıkladı:
“Geleneksel SAM’ler, yük hareketine yardımcı olan bir moleküler halı gibi davranıyor. Ancak çok ısındıklarında bu yapı bozuluyor ve akışı engelleyen boşluklar oluşuyor.”
YENİ ÇAPRAZ BAĞLI SAM GELİŞTİRİLDİ
Ekip, bu sorunu çözmek için ısıya dayanıklı çapraz bağlı bir SAM geliştirdi. Moleküllerin birbirleriyle küçük kimyasal bağlar kurmasını sağlayan bu yapı, çalışma sırasında düzenini koruyan sıkı bir tabaka oluşturuyor. Araştırma ekibi, bu yeni moleküler temasın arayüz kalitesini artırdığını ve hücrenin yüksek verimliliğini uzun süre korumasına yardımcı olduğunu bildirdi.
DAYANIKLILIK İÇİN ANAHTAR ADIM
Bu gelişmenin amacı, tandem hücrelerinin operasyonel ömrünü ticari silikon panellerle rekabet edecek seviyeye çıkarmak. Park Somin, temel problemin doğru belirlenmesinin süreci hızlandırdığını belirterek şunları ifade etti:
“İki malzeme arasındaki en zayıf halkayı güçlendirmeye odaklandık. Performans kaybının temel nedeni olan SAM tabakasını tespit etmek ve onu güçlendirmek, bu hücrelerin kararlılığını artırmak için gerekli atılımdı.” Çalışma, tandem güneş hücrelerinin saha koşullarında kullanılabilirliğini artırmaya yönelik önemli bir ilerleme olarak değerlendiriliyor.
