Evlerimizdeki kişisel ve ev aletleri, yakında pilsiz çalışma yeteneğine kavuşabilir. Bilim insanları, iç mekan ışığından enerji toplayabilen yenilikçi bir güneş hücresi teknolojisi geliştirdi. Bu keşif, anahtar panellerden alarmlara ve sensörlere kadar pek çok cihazın sadece çevredeki aydınlatma ile çalıştırılabilmesi için geniş uygulama alanları sunuyor.
Nispeten yeni bir bilimsel makalede yayımlanan araştırmada, bilim insanları güneş hücrelerinde ışığı toplamak için özellikle 'perovskit' adı verilen bir malzeme kullandı. Bu malzeme, halihazırda diğer güneş hücrelerinde de kullanılan ve geleneksel silikon bazlı güneş panellerine göre önemli avantajlar sunan bir yapıya sahip. Özellikle perovskit, iç mekan kullanımı için ideal olan düşük enerjili, ortam ışığını geleneksel yöntemlere kıyasla daha verimli bir şekilde emebiliyor.
Araştırmacılara göre, geliştirilen yeni perovskit hücreleri, silikon bazlı güneş hücrelerine göre altı kat daha verimli çalışıyor. Bu, hem daha sürdürülebilir hem de piller için daha uygun maliyetli bir alternatif olma yolunda önemli bir adım olarak görülüyor.
Bu alandaki bir araştırmacı, yaptığı açıklamada, 'Küçük miktarlarda enerjiye ihtiyaç duyan milyarlarca cihaz, sürdürülemez bir uygulama olan pil değişimlerine dayanıyor. Nesnelerin İnterneti (IoT) genişledikçe bu sayı artacak.' ifadelerini kullandı. Devamında ise, 'Şu anda iç mekandaki ışıktan enerji toplayan güneş hücreleri pahalı ve verimsiz. Özel olarak tasarlanmış perovskit iç mekan güneş hücrelerimiz, ticari hücrelerden çok daha fazla enerji toplayabilir ve diğer prototiplere göre daha dayanıklıdır. Hayatımızdaki mevcut ortam ışığıyla çalışan elektronik cihazların yolunu açıyor.' dedi.
Perovskit Yapısındaki Zorluklar ve Çözümler
Perovskit, güneş panellerinde kullanımı giderek artan bir malzeme ve silikon bazlı malzemelere kıyasla belirgin faydalar sağlıyor. Ancak, bu malzemenin uygulanabilirliği umut verici olsa da, stabilitesi ve ömrü konusunda bazı dezavantajları bulunuyor. Bu durumun temelinde, perovskitin kristal yapısındaki kusurlar yatıyor. Bu kusurlar, elektronların malzemenin içindeki küçük bozukluklara ve girintilere takılmasına neden oluyor, böylece enerjinin toplanmasını engelliyor.
Bu kusurlar, elektriğin akışını engellemenin yanı sıra, malzemenin zamanla bozulmasını da hızlandırıyor. Bu sorunu aşmak için, araştırmacılar bu kusurların miktarını azaltmak amacıyla çeşitli kimyasallar kullandı. Bu uygulamalardan biri, perovskit kristallerinin daha homojen bir şekilde büyümesini teşvik eden ve kusur yoğunluğunu azaltan rubidyum klorürün kullanımı oldu.
Ayrıca, iyodür ve bromür olmak üzere iki tür iyonu stabilize etmek ve ayrılmalarını önlemek için iki ek kimyasal madde (DMOAI ve PEACl) kullanıldı. Bu da güneş hücresindeki uzun vadeli performans düşüşü sorununu çözmeye yardımcı oldu.
Araştırmanın baş yazarı, 'Bu küçük kusurlara sahip güneş hücresi, dilimlere ayrılmış bir kek gibidir. Bir dizi stratejiyle bu keki tekrar bir araya getirdik ve şarjın daha kolay geçmesini sağladık.' diyerek durumu anlattı.
Belirgin Performans Avantajları
Kusurlar sorunu giderildikten sonra yapılan testlerde, geliştirilen güneş hücrelerinin iç mekan ışığının %37,6'sını elektriğe dönüştürdüğü tespit edildi. Bu, 'iyi aydınlatılmış bir ofis' olarak tanımlanan 1000 lux seviyesinde elde edildi.
Uzun vadeli dayanıklılık da iyileşti. Çalışmaya göre, güneş hücreleri 100 gün boyunca performanslarının %92'sini korurken, perovskitin kusurları giderilmeyen bir kontrol cihazı başlangıç performansının sadece %76'sını koruyabildi.
Araştırmacılar, perovskit güneş hücrelerinin seri üretimi ve ticari olarak kullanılması için endüstri paydaşlarıyla görüşmelerin sürdüğünü belirtti. Perovskit güneş hücrelerinin en büyük avantajlarından birinin, dünyada bol bulunan ve basit işlemlerle üretilebilen malzemeler kullanılarak düşük maliyetli üretilebilmesi olduğu vurgulandı. Bu hücreler, gazete basar gibi basılabiliyor.
