NEDEN OKUNMALI? Güneş panelleri, elektrik üretim ve tüketim şeklimizi kökten değiştiriyor. Konutlar ve işletmeler, güneş panellerini tarlalara, duvarlara ve çatılara yerleştirerek, artık kendi enerjilerini nispeten düşük maliyetlerle üretebilir hale geliyor. Mühendisler, gelişmiş katı malzemelerin benzersiz özelliklerinden yararlanarak şeffaf güneş panelleri üretmek için büyük ilerleme kaydettiler.
Okuma süresi: 7 dakika
Güneş panelleri, elektrik üretim ve tüketim şeklimizi kökten değiştiriyor. Konutlar ve işletmeler, güneş panellerini tarlalara, duvarlara ve çatılara yerleştirerek, artık kendi enerjilerini nispeten düşük maliyetlerle üretebilir ve hatta enerji arzları tüketim miktarını aştığında, yakındaki elektrik şebekelerine satabilir hale geliyor.
Zorluklar Neler?
Yenilikler teknolojinin verimliliğini artırmaya devam ettikçe, güneş enerjisi muhtemelen küresel sera gazı salımlarını azaltmada, giderek daha önemli bir rol oynayacak.
Güneş enerjisinin daha yaygın bir şekilde kullanılmasının bir yolu, güneş panellerini günümüzde kullandığımız yöntemleri değiştirmeden, daha geniş bir dizi sıradan malzemeye ve teknolojiye uyumlu hale getirmek.
Malzeme bilimcileri son zamanlarda güneş panellerinin daha şeffaf hale getirilerek, çevreleriyle nasıl uyumlu hale getirilebileceğini araştırıyorlar. Eğer başarılabilirse, enerji toplama cihazları pencerelerin, ekranların ve hatta insan derisinin üzerine gizlice yerleştirilebilir ve bu da teknolojinin erişimini daha da genişletebilir.
Mühendisler, gelişmiş katı malzemelerin benzersiz özelliklerinden yararlanarak şeffaf güneş panelleri üretmek için büyük ilerleme kaydettiler. Ancak şimdilik, en yeni tasarımlar bile gelen ışığın yüzde 70’inden daha azının içlerinden geçmesine izin veriyor ki bu, cihazların ortamlarıyla uyum sağlaması için tam olarak yeterli değil.
Yeni Tasarım
Japonya’daki bir araştırma ekibi, bu şeffaflık sorununu çözmeye yönelik umut verici adımlar attı. Tohoku Üniversitesi’nden Toshiaki Kato liderliğindeki ekibin yenilikçi tasarımı, ultra ince malzemeler arasındaki karmaşık etkileşimlerden yararlanarak çalışıyor.
Yeni tasarım, hem şeffaf hem de renksiz olan indiyum kalay oksit (ITO) adı verilen iletken bir malzemeyi temel alıyor. Kato’nun ekibi güneş pillerini üretmek için bir, ITO elektrotunu bir tungsten disülfür buharına (WS2) maruz bıraktı. Tam olarak doğru koşullar altında buhar, yarı iletken olarak işlev gören ITO yüzeyi üzerine atom kalınlığında bir WS2 tabakası bıraktı.
Araştırmacılar, ITO’yu ince bir metalle kaplayarak ve ITO’yla WS2 arasına bir yalıtım katmanı yerleştirerek, iki malzeme arasındaki temas bariyerini hassasiyetle kontrol edebildiler. Bu bariyer, elektronların bir malzemeden diğerine geçmek için kazanmaları gereken enerjiyi tanımlıyor.
Bu durumda, WS2 katmanındaki elektronlar, gelen fotonları emerken temas bariyerini geçerler ve yarı iletkenin iki enerji bandı arasına atlayarak malzemeyi yalıtkandan iletkene dönüştürürler.
Bu süreçte elektron, iletken ITO elektrotuna dökülmeden önce, yarı iletkende pozitif yüklü bir delik bırakır. Bu, her iki şarj taşıyıcısı arasında bir voltaj oluşturarak, güneş panelinden elektrik enerjisinin toplanmasına izin verir.
Verimlilik ve Şeffaflık
Üretim yaklaşımlarıyla Kato’nun ekibi, önceki tasarımlara kıyasla temas bariyerini büyük ölçüde yükseltti. Bu da ITO’daki elektronlar arasındaki voltajı ve yarı iletkende geride bıraktıkları delikleri büyük ölçüde artırdı.
Buna karşılık, bunların değiştirilmesi, cihazı gelen ışığı elektrik enerjisine dönüştürmede, mevcut ITO tabanlı güneş pillerinden 1000 kat daha etkili hale getirdi. Yine de ekibin malzeme seçimi önceki tasarımlardan çok daha şeffaftı. Gelen ışığın yaklaşık %79’unun doğrudan geçmesine izin veriyordu.
Bu sonuçların ardından Kato ve meslektaşları, güneş pillerinin yüksek verimliliğini korurken, daha büyük ölçeklerde nasıl üretilebileceğini araştırdı.
Önceki ITO tabanlı güneş pillerinde, malzemenin yüzey alanını genişletmek, ürettiği elektron deliği çiftleri arasında voltajda bir düşüşe neden oldu. Bu, ışığı elektriğe dönüştürme yeteneğini azalttı. Ancak araştırmacılar, tasarımlarında elektrik bağlantılarının düzenini dikkatli bir şekilde ayarlayarak, alan olarak bir santimetre kare büyüklüğündeki güneş pillerinde yüksek bir performansın korunabileceğini gösterdi.
Şeffaf Güneş Pilleri
Daha önceki tasarımlara kıyasla, hem şeffaflık hem de verimlilik açısından çok büyük bir sıçramaya neden olan bu yeni teknoloji, güneş panellerini daha geniş bir mevcut teknolojiler dizisine uyumlu hale getirme çabalarında, ileriye doğru önemli bir adım olabilir.
Kato’nun ekibi, gelecekte bu malzeme ticari olarak daha fazla kullanılabilir hale gelirse, çok çeşitli elektronik cihazların, güneşin bol enerjisini harici bir şebekeye veya güç kaynağına bağlamaya gerek kalmadan hasat etmesini sağlayabileceğine inanıyor.
