top of page

Kuantum Teknolojisiyle Güneş Pillerinde Çarpıcı Verimlilik Artışı

Yenilikçi Güneş Enerjisi Malzemesi: Lehigh Üniversitesi'nin Güneş Pilleri İçin Keşfi

Güneş Enerjisi
Güneş Enerjisi

Lehigh Üniversitesi'nden araştırmacılar, güneş panellerinin performansını önemli ölçüde artıran bir malzeme geliştirdi. Bu malzeme, güneş pillerinde aktif bir katman olarak kullanıldığında etkileyici sonuçlar gösteriyor. Prototip, %80'e kadar fotovoltaik emilim oranı sağlıyor ve aynı zamanda yüksek miktarda fotouyarılanmış taşıyıcı üretiyor. Ayrıca, %190'a kadar harici kuantum verimliliği (EQE) elde ediyor. Bu sonuçlar, silikon temelli malzemeler için teorik Shockley-Queisser verimlilik sınırını aşarak fotovoltaiklerde kuantum malzemelerinin kullanımını ileri taşıyor.


Lehigh Üniversitesi'nde fizik profesörü olan Chinedu Ekuma'ya göre, bu çalışma sürdürülebilir enerji çözümleri açısından önemli bir ilerleme kaydediyor. Ekuma ve Lehigh'deki doktora öğrencisi Srihari Kastuar, bulgularını kısa bir süre önce Science Advances dergisinde yayınladılar. Ekuma, güneş enerjisi verimliliği ve erişilebilirliğini yeniden tanımlayabilecek yenilikçi yaklaşımların önemini vurguladı. Malzemenin önemli verimlilik artışı, elektronik yapısındaki benzersiz ara bant durumlarından kaynaklanıyor. Bu durumlar, güneş enerjisini dönüştürmek için ideal olarak konumlandırılmış enerji seviyelerine sahiptir ve 0,78 ila 1,26 elektron volt arasında değişen optimum alt bant boşluklarında bulunur. Bu enerji seviyeleri, güneş ışığını etkili bir şekilde emebilir ve yük taşıyıcıları üretebilir. Ayrıca, malzeme elektromanyetik spektrumun kızılötesi ve görünür bölgelerinde yüksek seviyelerde emilim yapma yeteneğine sahiptir.


Geleneksel güneş pillerinde maksimum EQE %100'dür, bu da her foton için bir elektron üretilmesi ve toplanmasına denk gelir. Ancak yeni malzemeler ve konfigürasyonlar, yüksek enerjili foton başına birden fazla elektron üreterek ve toplayarak %100'ün üzerinde bir EQE elde edebilir. Çoklu Eksiton Üretimi (MEG) malzemeleri, henüz yaygın olarak ticarileştirilmemiş olsa da, güneş enerjisi sistemi verimliliğini artırmak için büyük bir potansiyel taşımaktadır.


Lehigh Üniversitesi tarafından geliştirilen malzeme, geleneksel hücrelerde tipik olarak kaybolan foton enerjisini, yansıma ve ısı üretimi yoluyla kaybedilen enerji de dahil olmak üzere, yakalamak için ara bant durumlarını kullanıyor. Araştırma ekibi, bu yeni malzemeyi oluşturmak için katmanlı iki boyutlu malzemeler arasındaki atomik olarak küçük boşlukları kullandı, bu boşluklar van der Waals boşlukları olarak bilinir. Özellikle, germanyum selenid (GeSe) ve kalay sülfid (SnS) katmanları arasına sıfır değerli bakır atomları yerleştirdiler. Ekuma, prototipi geliştirirken, sistemin teorik potansiyelini gösteren kapsamlı bilgisayar modellemelerine dayandı. Sistemin hızlı tepkisi ve artan verimliliği, Cu-katkılı GeSe/SnS'nin gelişmiş fotovoltaik uygulamalar için potansiyelini güçlü bir şekilde vurguladı. Ekuma, bu malzemenin güneş enerjisi dönüşümünde verimlilik iyileştirmeleri için bir yol sunduğunu belirtti. Kuantum malzemenin mevcut güneş enerjisi sistemlerine entegrasyonu daha fazla araştırma gerektirse de, bu malzemelerin oluşturulması için kullanılan teknikler zaten oldukça gelişmiş durumda. Bilim insanları, atomları, iyonları ve molekülleri yerleştirmek için hassas yöntemlerde ustalaşmış durumda, bu da bu tür malzemelerin geliştirilmesi ve entegrasyonunda ilerleme kaydetmeyi kolaylaştırıyor.



Comments


bottom of page