Bilim insanları, perovskit-silisyum tandem güneş hücrelerinde %30,3 verimlilik elde etti.

Almanya merkezli Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) araştırma merkezi, yüksek verimli “tandem” güneş panellerinin performansını ve ticari uygulanabilirliğini artırmanın basit bir yolunu ortaya koydu. Bu yeni teknoloji, ışığa duyarlı perovskit malzemeyi silisyum üzerine yerleştirerek çalışıyor.

Araştırmacılar, özellikle monolitik perovskit-silisyum tandem güneş panellerinin performansını, alt hücreler arasına çok ince bir sezyum klorür tabakası ekleyerek artırdı. Bu teknik, solvent içermeyen ortak buharlaştırma yöntemi kullanılarak %30,3’lük bir verimlilik oranı elde edilmesini sağladı.

Standart silisyum katmanları, ışık emilimini optimize etmek için nanoyapılı bir yüzeye sahiptir. Ancak bu pürüzlü yapı, organik kendiliğinden oluşan monokatmanların (SAM) düzgün bir şekilde oluşmasını zorlaştırır. SAM’ler genellikle delik taşıma katmanı olarak kullanılır.

HZB’deki bilim insanları, BESSY II senkrotron tesisindeki gelişmiş kızılötesi ve X-ışını araçlarını kullanarak arayüzü inceledi. Gördükleri şey, yıllardır devam eden üretim sorunlarının nedenlerini açıklığa kavuşturdu.

Organik SAM molekülleri, dokulu silisyumun vadilerine toplanıyor ve tepe alanları neredeyse çıplak bırakılıyordu. Araştırmacılar, üst perovskit katmanını buharlaştırmaya çalıştığında, düzensiz yüzey kimyasal bir arızaya neden oldu: istenmeyen kurşun iyodür, hücrenin enerji çıkışını zayıflatan boşluklarda oluştu.

Sezyum klorür tohum tabakasının eklenmesi, mikroskobik zemini değiştiriyor. Bu, kimyasal bir temel görevi görerek SAM katmanındaki alttaki kusurları düzeltir ve perovskit kristalinin dokulu silisyum üzerinde sorunsuz bir şekilde büyümesini teşvik eder.

Araştırmanın baş yazarı Dr. Viktor Škorjanc’a göre, bu tohum tabakası yüzeydeki düzensizlikleri telafi ederek, dokulu silisyum üzerine ortak buharlaştırılmış perovskitin düzgün bir şekilde büyümesini sağlar. Ayrıca, delik taşıma katmanının düzensiz kapsama neden olduğu kusurların oluşmasını da önler.

Bu geliştirilmiş katman kalitesi sayesinde, üretilen tandem güneş panelleri %30,3’lük bir verimliliğe ulaştı. Basın açıklamasına göre, bu “buharlaşma temelli perovskitler için olağanüstü bir değerdir”.

Solvent İçermeyen Ortak Buharlaştırma

Bu yöntem, ticari üretim sektörlerinde yaygın olarak kullanılan solvent içermeyen bir işlemdir. Kimyasal çözücülerden arındırılmış bu işlem, tandem güneş panellerinin uzun vadeli malzeme bozulması ve kararlılığı gibi önemli sorunları hedef alır.

Çözücü içermeyen üretim, alttaki katmanların bozulmasından koruyarak çok daha dayanıklı tandem hücreler üretir. Bu durum, yüksek verimli güneş panellerinin seri üretimi için uygun bir temel sağlayarak ticari uygulamalar için önemli bir adım olabilir.

Laboratuvar ortamındaki çoğu rekor perovskit hücresi, büyük ve dokulu endüstriyel silisyum plakalar üzerinde kullanılması zor olan spin-coating veya ıslak kimyasal çözelti işleme yöntemlerine dayanır. Vakum ortak buharlaştırma, OLED ekranların ve mikroelektroniklerin üretiminde zaten standart bir süreçtir ve bu da fabrika entegrasyonunu çok daha kolay hale getirir.

“Bu, laboratuvardaki rekor verimlilikleri güvenilir, endüstriyel olarak üretilebilir tandem güneş teknolojilerine dönüştürmede gerçek bir adımdır” dedi, HZB’deki buharlaştırılmış perovskit güneş hücrelerinden sorumlu ekip lideri Marcel Roß.

HZB ekibi, belki de endüstriyel güneş üretimine uygun fiyatlı, yeni nesil güneş panellerinin kapısını aralamış olabilir.

Perovskit-silisyum tandem güneş panelleri, silisyuma göre daha fazla güç üreterek, özellikle sınırlı alana sahip şehir çatılarında ve temiz enerji üretimi maksimize etmek isteyen endüstriyel tesislerde idealdir. Ayrıca perovskitler hafif olup yarı saydam olarak tasarlanabilir, bu da onları mimari elemanlara entegre edilebilen Bina Entegre Fotovoltaik (BIPV) sistemleri için uygun hale getirir.

Bu bulgular, Joule dergisinde yayınlandı.

Kaynak: Interesting Engineering