top of page

Selenyum-Silikon Tandem Güneş Pilleri İçin İlk Girişimi

Güneş Enerjisi Devriminde Çığır Açan Adım: Selenyum-Silikon Tandem Güneş Pilleri

Danimarka'daki bilim insanları, ilk kez bir selenyum-silikon tandem güneş pili inşa etmeyi denediler ve cihazın hemen dikkate değer bir açık devre voltajı sağlayabildiğini gördüler. Yaratıcılarına göre, mevcut düşük verimlilik seviyelerine rağmen, yeni pil konsepti %40'ın üzerinde verimliliğe ulaşmayı vaat ediyor.


Danimarka Teknik Üniversitesi
Danimarka Teknik Üniversitesi

Danimarka Teknik Üniversitesi liderliğindeki bir grup bilim insanı, selenyum (Se) emicili bir üst hücreye ve silikondan (Si) yapılmış bir alt cihaza dayanan bir tandem güneş pili geliştirdi. Araştırmanın yeniliği, ilk kez geniş enerji bant aralıklı bir Se hücresinin tandem konfigürasyonlu bir güneş paneli cihazına entegre edilmesinden kaynaklanıyordu. Bu basit tandem cihaz, tek elementli soğurucu malzemelere dayandığı için benzersizdir.Güneş enerjisi dergisine verdiği demeçte, araştırmanın sorumlu yazarı Rasmus Nielsen, "Böyle bir tandem güneş pili için Shockley-Queisser sınırının %40'tan fazla verimlilikle ortaya çıktığını" belirtti. Bu nedenle, selenyumun 200°C'nin altındaki sıcaklıklarda işlenmesi gerektiği göz önüne alındığında, bu tandem güneş pili silikon güneş pillerinin güç dönüşüm verimliliğini düşük bir maliyetle artırma potansiyeline sahiptir.


Yaratıcılarına göre, perovskit-silikon tandem güneş pillerine potansiyel bir alternatif olan güneş pillerinin artıları arasında yarı iletkenin inorganik olması, tek bir elementten oluşması, ışığı absorbe etme yeteneğinin yüksek olması, düşük toksisiteye sahip olması ve toprakta bol miktarda bulunması bulunuyor.Ghent Üniversitesi'nden araştırmacılar, SCAPS-1D güneş pili kapasitans yazılımını kullanarak, elektron taşıma katmanı (ETL) ile rekombinasyon katmanı arasındaki arayüzde kritik bir taşıma bariyeri belirledi. Bu bariyerin, yük taşıyıcılarının akışını kısıtlayarak güneş pillerinin güç dönüşüm verimliliğini düşürdüğünü belirttiler.



Güneş Pilinin Şeması
Güneş Pilinin Şeması

Araştırmacılar, bu sorunun çözümü için selenyum üst hücredeki n-tipi temas için çinko magnezyum oksit (ZnMgO) yerine bir titanyum dioksit (TiO2) tabakası kullanılarak gösterilebileceğini belirttiler. Her bir alt pilin entegre kısa devre akım yoğunlukları, selenyum üst güneş pili tandem cihazın genel akımını sınırladığını gösteriyor şeklinde açıkladılar. Erişilebilir üçüncü terminal kullanılarak üst hücreye ters öngerilim uygulandığında, toplama verimliliği önemli ölçüde artıyor. Bilim insanları, indiyum kalay oksit (ITO) rekombinasyon tabakası ve arka tarafında gümüş (Ag) metal kontağı bulunan özelleştirilmiş bir n-tipi TOPCon cihazı kullandılar. Üst cihaz, çinko magnezyum oksit (ZnMgO) veya titanyum dioksit (TiO2) bazlı n-tipi bir kontak kullanılarak doğrudan ITO tabakası üzerinde üretildi.

ZnMgO tabanlı tandem cihazın 1,68 V açık devre voltajına ulaştığını, ancak verimliliğinin düşük olduğunu tespit eden bilim insanları, en iyi genel performansın, %2,7'lik bir verimliliğe ulaşan TiO2 n-tipi kontak kullanılarak elde edildiğini belirlediler.


Selenyum üst pilden kaynaklanan hala önemli olan kayıplar derinlemesine analiz edildi ve tandem güneş pilini daha da geliştirmek için stratejiler önerildi."Elektron seçici taşıma malzemesini değiştirerek, p-n heterojonksiyonundaki ideal bant hizalamasından ödün vermemize rağmen, verimlilikte umut verici bir on kat artış elde ettik" ifadelerini kullandılar. Bu, yüzey modifikasyon katmanlarının dahil edilmesinin göz önünde bulundurulması gereken heteroyapı arayüzlerinin optimize edilmesinin önemini vurgulamaktadır. Yeni pil konseptini, "Monolitik Selenyum/Silikon Tandem Güneş Pilleri" başlıklı çalışmada PRX Energy dergisinde tanıttılar.


Araştırma grubu ileriye dönük olarak, cihaz yapısını tersine çevirmeyi planladıklarını, böylece hem üst hem de alt pillerin n-tipi ve p-tipi kontaklarının yer değiştireceğini belirtti. Nielsen, "Ayrıca ITO katmanını, ZnMgO ince filmlerle daha uyumlu olan başka bir rekombinasyon katmanıyla değiştirmeyi öneriyoruz" dedi. Son olarak, çok sayıda seri direnç kaybı ele alınmalıdır.



Comments


bottom of page