Evrim Ağacı
Reklamı Kapat

Geleceğin Teknolojileri Arasında Olması Beklenen Perovskit/Silisyum Tandem Güneş Pillerinin Saha Testleri Gerçekleştirildi!

Geleceğin Teknolojileri Arasında Olması Beklenen Perovskit/Silisyum Tandem Güneş Pillerinin Saha Testleri Gerçekleştirildi!
KAUST kampüsünde ben ve üretmiş olduğumuz perovskit/silisyum tandem güneş pillerinin saha testleri esnasındaki bir fotoğrafı.
Erkan Aydın
Tavsiye Makale
Reklamı Kapat

Yüksek verimli perovskit/silisyum tandem güneş pillerinin saha testleri gerçekleştirilerek endüstriyel üretime giden yolda önemli bir aşama kaydedildi. Tandem teknolojisinin fotovoltaik endüstrisini önümüzdeki 10 yılda tamamen dönüştürmesi bekleniyor.

Bu yazı, Evrim Ağacı'na ait, özgün bir içeriktir. Konu akışı, anlatım ve detaylar, Evrim Ağacı yazarı/yazarları tarafından hazırlanmış ve/veya derlenmiştir. Bu içerik için kullanılan kaynaklar, yazının sonunda gösterilmiştir. Bu içerik, diğer tüm içeriklerimiz gibi, İçerik Kullanım İzinleri'ne tabidir.

Perovskit, oksit mineraller kategorisinde yer alan, kristal yapısı ABX3 olan bir mineraldir. Perovskitlerin metal halojenür formunda üretilen ince filmleri, ışığı soğurma konusundaki üstün yetileri sayesinde foto aktif malzemeler olarak kullanılabilmektedir. Bu malzemelerden üretilen perovskit güneş pilleri, 2009 yılından bu yana, alışılmışın dışında, çok hızlı bir gelişme eğrisi gösterdi. Bu olağanüstü performansın merkezinde malzemenin kendi yapısından kaynaklanan eşsiz yarı iletken özellikleri yatmakta. Şu sıralar, fotovoltaik alanında çalışan araştırma grupları bu malzemeleri daha durağan (uzun ömürlü) ve geniş alanlara uygulanabilir hale getirmek için sıkı bir şekilde çalışmaktalar.

Ancak, halihazırda bu aygıtların var olan ve halen fotovoltaik pazarının %95'inden fazla pazar hakimiyeti bulunan silisyum teknolojisini kısa sürede yakalaması pek kolay görünmüyor (Silisyum güneş pilleri, tek kristal ya da çoklu kristal silisyum tabakalar üzerine üretilen ve güneş ışınımlarını elektrik enerjisine dönüştüren aygıtlar olarak bilinir). Bunun altında yatan sebepler; hala tek başına perovskit güneş pillerinin ömürlerinin silisyum kadar uzun olmaması (genelde silisyum için 25 seneden daha fazla çalışma ömrü belirlenir), birçok ince film kaplama tekniği olmasına rağmen henüz hangi yöntemin geniş alanlara uygulamada daha uygun olduğunun test edilip kesinleştirilememesi ve standart endüstriyel testlerin henüz basari ile gerçekleştirilmemiş olması gibi sebepler sayılabilir.

Bu tartışmalara bir yana, bilim çevrelerindeki genel kanı perovskit güneş pillerinin silisyum güneş pillerinin yerini almasından ziyade, onunla beraber “tandem” formunda çalışmasının daha faydalı olacağı yönünde. Esasında, bu silisyum teknolojisinin de uzun zamandır arayışta olduğu bir durum. Tandem güneş pili, değişik enerji aralığına sahip birden fazla güneş pilinin üst üste eklenmesiyle oluşturulur. Böylelikle güneş ışınımına daha duyarlı bir aygıt oluşturulur.

Monolitik perovskit/silisyum tandem güneş pillerinin veriminin yıllar içinde değişimi
Monolitik perovskit/silisyum tandem güneş pillerinin veriminin yıllar içinde değişimi
NREL

Silisyum güneş pilleri maliyet konusunda son 10 yılda çok fazla yol kat etti ve şu anda maliyet/güç oranı 20-25 ¢/W seviyelerine kadar düşmüş durumda. Ancak fotovoltaik endüstrisinin devam edebilmesi ve kendi alanını genişletilebilmesi için bu değeri daha aşağıya çekmeleri gerekmekte. Diğer yan maliyetler, örneğin evirici, cam, çerçeve gibi modül malzemeleri, kurulum maliyetleri ve arsa giderleri gibi maliyetlerden daha fazla düşüm yapılması çok mümkün görünmüyor. Mevcut silisyum güneş pillerinin 5-7 yıl içerisinde teknolojik limitlerine ulaşacağı düşünülürse, bunun için tek yol mevcut güneş pillerinin verimini arttırmaktan geçiyor.

Bu bağlamda, perovskit güneş pilleri çok önemli fırsatlar sunuyor. Perovskitlerin yarı iletken optik band aralıklarının ayarlanabilmesi ve silisyum üzerine maliyet etkin olarak üretilebilmesi en önemli sebepler. Bu doğrultuda, birçok ülke perovskit/silisyum güneş pillerine ciddi yatırımlar yapmakta ve halihazırda Oxford Üniversitesinden doğan Oxford PV firması bu güneş pillerini pazara getirmeye en yakın şirket konumunda. Ayni zamanda, KAUST, EPFL, HZB, NREL, UNSW gibi dünyaca ünlü üniversitelerde konu ile ilgili yoğun araştırma faaliyetleri yürütülmekte.

KAUST Fotovoltaik Laboratuvarı'nda üretmiş olduğumuz perovskit/silisyum tandem güneş pillerinin fotoğrafı.
KAUST Fotovoltaik Laboratuvarı'nda üretmiş olduğumuz perovskit/silisyum tandem güneş pillerinin fotoğrafı.
KAUST Fotovoltaik Laboratuvarı

Ben de 2017 yılından bu yana bu alanda Kızıldeniz yanında yer alan KAUST Solar Center’da (KAUST Güneş Araştırmaları Merkezi) doktora sonrası çalışmalarımı yürütmekteyim. Buradaki temel hedefim yüksek verimli perovskit/silisyum tandem güneş pillerinin endüstriyel ölçekte üretime hazırlanması doğrultusunda. Halihazırda KAUST tarafından desteklenen 2 milyon dolar bütçeli “perovskit/silisyum tandem güneş pilleri” araştırma projesinin baş araştırmacısı pozisyonumu sürdürüyorum. KAUST Fotovoltaik Laboratuvarı'nda yaptığımız uzun bir altyapı kurulum aşamasından sonra, ben ve çalışma arkadaşlarım, 2020 yılının başında Science dergisinde yayınlanan çalışmamızda bu teknolojiyi daha ucuz üretebilmek için çözelti yöntemiyle üretilen perovskit güneş pillerini standart silisyum güneş pillerini adapte edip %25.7 verime ulaşmayı başardık (silisyum güneş pili kendi başına %22 verimle çalışmakta).[3]

Çözelti yöntemi ile üretilen perovskit filmlerin piramit dokulu silisyum güneş pilleri üzerindeki taramali elektron mikroskop görüntüleri ve bu filmlerden üretilen tandem güneş pillerinin akım-potansiyel grafikleri.
Çözelti yöntemi ile üretilen perovskit filmlerin piramit dokulu silisyum güneş pilleri üzerindeki taramali elektron mikroskop görüntüleri ve bu filmlerden üretilen tandem güneş pillerinin akım-potansiyel grafikleri.
Science

2020 Eylül ayında, yeni bir çalışma ile, bu sefer endüstriyel üretime çok uygun olan vakum tekniklerini kullanarak, %25.1 verimle ve optik olarak çok daha iyi akım toplayabilen aygıtlar ürettik. Daha sonra bu güneş pillerinin Suudi Arabistan'ın Cidde kentinde saha performansını ölçtük. Cidde kentini seçmemizin temel sebebi, güneşlenme süresinin çok uzun olması ve bu sayede daha fazla güç üretimine olanak vermesiydi. Esasında, bu tip tandem güneş pillerinin en uygun konumlandırılabileceği yerlerin başında bu sıcak iklimler yer almakta (Türkiye'de ise Konya-Karaman bölgesi buna benzer en uygun bölge olabilir).

Perovskit/silisyum tandem güneş pilleri Cidde'de KAUST test sahasında test edilirken (üstte). Yalıtılmış perovskit/silisyum tandem güneş pillerinin sahadaki yakın görüntüleri (altta).
Perovskit/silisyum tandem güneş pilleri Cidde'de KAUST test sahasında test edilirken (üstte). Yalıtılmış perovskit/silisyum tandem güneş pillerinin sahadaki yakın görüntüleri (altta).
KAUST

Bu ölçümleri alırken, güneş pillerinin çalışması ile ilgili ilginç bir davranış gözlemledik: gerçek çalışma koşullarında aygıtlar 60˚C sıcaklığa kadar ulaşırken (laboratuvar ölçümleri standart sıcaklık olan 25˚C'de yapılır), perovskit yarı iletkenlerin akım toplama kapasiteleri azalıyor (optik bant aralığının artması), silisyum güneş pillerininki artıyordu (optik bant aralığının azalması). Bu silisyum ve diğer inorganik yarıiletkenler için bilinen bir durum olsa da perovskit tam tersi bir davranış gösteriyordu. Bu da bütün aygıt tasarımının gerçek çalışma koşulları için yeniden yapılması anlamına geliyordu. Bu doğrultuda çalışma arkadaşım Thomas G. Allen ile birlikte en uygun malzeme özelliklerini farklı sıcaklıklar için yeniden hesapladık ve bu çalışmamız, dünyanın enerji alanında en saygı duyulan dergisi olan Nature Energy'de yayınlandı.[4]

Vakum yöntemi ile üretilen perovskit/silisyum tandem güneş pillerinin üst tarafından alınan taramalı elektron mikroskop görüntülerinde piramit doku (solda) ve farklı sıcaklıklar icin hesaplanan ideal optik bant aralığı değerleri (sağda).
Vakum yöntemi ile üretilen perovskit/silisyum tandem güneş pillerinin üst tarafından alınan taramalı elektron mikroskop görüntülerinde piramit doku (solda) ve farklı sıcaklıklar icin hesaplanan ideal optik bant aralığı değerleri (sağda).
Nature Energy

Bir paradigma değişiminin eşiğinde olduğumuz bu dönemde, önümüzdeki birkaç yıl içerisinde bu alanda başka çığır açıcı gelişmeler olması da kaçınılmaz. Özellikle 2021 yılında %30 verim değerinin aşılacağını düşünüyorum ki bu değer silisyum güneş pillerinin ulaşabileceği değerlerin çok üzerinde. Bugün yıllık hacmi 50 milyar doları bulan fotovoltaik endüstrisi, bu dönüşümden önümüzdeki 10 yıl içerisinde kaçamayacaktır. Ülkemizin de bu yeni nesil teknolojiyi yakalaması, pazarda Türk firmalarına öncelik sağlayacaktır.

Bu İçerik Size Ne Hissettirdi?
  • Tebrikler! 10
  • Muhteşem! 4
  • Bilim Budur! 4
  • Umut Verici! 4
  • İnanılmaz 3
  • Merak Uyandırıcı! 3
  • Mmm... Çok sapyoseksüel! 1
  • Güldürdü 0
  • Üzücü! 0
  • Grrr... *@$# 0
  • İğrenç! 0
  • Korkutucu! 0
Kaynaklar ve İleri Okuma

Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?

Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:

kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci

Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 26/10/2020 04:56:45 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: https://evrimagaci.org/s/9374

İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı müddetçe izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş halleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz. Bu sayfa izin alınmaksızın düzenlenemez, Evrim Ağacı logosu, yazar/editör bilgileri ve içeriğin diğer kısımları izin alınmaksızın değiştirilemez veya kaldırılamaz.

Reklamı Kapat
Güncel
Karma
Agora
Instagram
Memeli
Yeme
Dişler
Mikroevrim
Obstetrik
Kelebek
Örümcek
Moleküler Biyoloji Ve Genetik
Bilim Felsefesi
Fare
Pandemik
Kedigiller
Kamuflaj
Çocuk
Astrofotoğrafçılık
Küresel Salgın
Kadın Doğum
İlaç
Yaşamın Başlangıcı
Renk
Köpekler
Köpekbalığı
Neandertaller
Malzeme
Carl Sagan
Daha Fazla İçerik Göster
Daha Fazla İçerik Göster
Reklamı Kapat
Reklamsız Deneyim

Evrim Ağacı'nın çalışmalarına Kreosus, Patreon veya YouTube üzerinden maddi destekte bulunarak hem Türkiye'de bilim anlatıcılığının gelişmesine katkı sağlayabilirsiniz, hem de site ve uygulamamızı reklamsız olarak deneyimleyebilirsiniz. Reklamsız deneyim, Evrim Ağacı'nda çeşitli kısımlarda gösterilen Google reklamlarını ve destek çağrılarını görmediğiniz, daha temiz bir site deneyimi sunmaktadır.

Kreosus

Kreosus'ta her 10₺'lik destek, 1 aylık reklamsız deneyime karşılık geliyor. Bu sayede, tek seferlik destekçilerimiz de, aylık destekçilerimiz de toplam destekleriyle doğru orantılı bir süre boyunca reklamsız deneyim elde edebiliyorlar.

Kreosus destekçilerimizin reklamsız deneyimi, destek olmaya başladıkları anda devreye girmektedir ve ek bir işleme gerek yoktur.

Patreon

Patreon destekçilerimiz, destek miktarından bağımsız olarak, Evrim Ağacı'na destek oldukları süre boyunca reklamsız deneyime erişmeyi sürdürebiliyorlar.

Patreon destekçilerimizin Patreon ile ilişkili e-posta hesapları, Evrim Ağacı'ndaki üyelik e-postaları ile birebir aynı olmalıdır. Patreon destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi 24 saat alabilmektedir.

YouTube

YouTube destekçilerimizin hepsi otomatik olarak reklamsız deneyime şimdilik erişemiyorlar ve şu anda, YouTube üzerinden her destek seviyesine reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. YouTube Destek Sistemi üzerinde sunulan farklı seviyelerin açıklamalarını okuyarak, hangi ayrıcalıklara erişebileceğinizi öğrenebilirsiniz.

Eğer seçtiğiniz seviye reklamsız deneyim ayrıcalığı sunuyorsa, destek olduktan sonra YouTube tarafından gösterilecek olan bağlantıdaki formu doldurarak reklamsız deneyime erişebilirsiniz. YouTube destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi, formu doldurduktan sonra 24-72 saat alabilmektedir.

Diğer Platformlar

Bu 3 platform haricinde destek olan destekçilerimize ne yazık ki reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. Destekleriniz sayesinde sistemlerimizi geliştirmeyi sürdürüyoruz ve umuyoruz bu ayrıcalıkları zamanla genişletebileceğiz.

Giriş yapmayı unutmayın!

Reklamsız deneyim için, maddi desteğiniz ile ilişkilendirilmiş olan Evrim Ağacı hesabınıza üye girişi yapmanız gerekmektedir. Giriş yapmadığınız takdirde reklamları görmeye devam edeceksinizdir.

Destek Ol
Türkiye'deki bilimseverlerin buluşma noktasına hoşgeldiniz!

Göster

Şifrenizi mi unuttunuz? Lütfen e-posta adresinizi giriniz. E-posta adresinize şifrenizi sıfırlamak için bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Eğer aktivasyon kodunu almadıysanız lütfen e-posta adresinizi giriniz. Üyeliğinizi aktive etmek için e-posta adresinize bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Close
“Biyoloji bir bilimdir. Evrim ise onu eşsiz kılan gerçektir.”
Jared Diamond
Geri Bildirim Gönder