Yüksek Verimlilikli Güneş Hücresinde Yeni Kimyasal Süreçle Enerji Dönüşümü %24,6’ya Yükseldi

Yeni bir kimyasal işlem kullanılarak üretilen perovskit güneş hücreleri, enerji dönüşüm verimliliğinde %24,6 gibi önemli bir artış gösteriyor. Bu performans, cihazın standart versiyonlarına kıyasla belirgin bir ilerleme kaydedilmesi anlamına geliyor.

İşlenmemiş kontrol hücrelerinin verimliliği %21,21 iken, geleneksel tek kimyasal işlemle hazırlanan cihazlar ise %23,17 verimlilik elde etti. Bu gelişmeler, farklı boyut ve şekillere sahip iki organik molekülün kullanıldığı iki aşamalı bir yönteme dayanıyor. Bu yöntem, perovskit yapısındaki yapısal kusurları farklı derinliklerde hedef alıyor.

Araştırmacılar öncelikle daha küçük PDAI molekülünü kullanarak, kristal taneciklerinin arasındaki mikroskobik boşlukları doldurdu ve yük taşıma yollarını stabilize etti,” şeklinde bir basın açıklaması yapıldı. Bu işlem, kristal tanecikler arasındaki dar boşluklara nüfuz ederek, elektriksel yüklerin hareket etmesi gereken yolları sabitler. Aksi takdirde, bu dar alanlar doğal olarak yük taşıyıcılarını hapseder.

Daha sonra, araştırmacılar ikinci bir bileşik olan 4TF’yi, ince filmin dış yüzeyine uyguladı. İşlenmemiş filmlerde, dış sınırlarda açıkta kalmış kurşun atomları bulunur. Bu koordinasyonsuz atomlar, elektrik akışını yavaşlatan tuzaklar oluşturur. 4TF molekülleri doğrudan bu açıkta kalan kurşun atomlarına bağlanır. “Bu işlem, yüzeyi kimyasal olarak stabilize etti ve daha verimli yük taşınmasını sağladı,” denildi.

Araştırmacılar ayrıca, iki molekülün sırasıyla uygulanmasının, kusur giderme ve yüzey stabilizasyonu üzerinde tamamlayıcı etkiler yarattığını ve bu nedenle her bir molekülün tek başına kullanıldığından daha iyi sonuçlar verdiğini deneysel olarak gösterdiler.

Bu kimyasal iyileştirmeler, perovskit ince filmlerindeki temel bir sorunu çözmektedir. Üreticiler, bu filmleri üretirken, yüzeyde ve tanecik sınırları boyunca mikroskobik kusurlar oluşur. Güneş ışığı hücreye çarptığında, pozitif ve negatif elektrik yükleri oluşturulur. Bu yükler, yapısal kusurlarla karşılaştıklarında, birleşerek birbirini nötrleyebilir. Bu durum, yüklerin elektrotlara ulaşmasını engelleyerek potansiyel elektriksel gücün kaybına neden olur.

Geçmişte, bu tür kusurları gidermek zor olmuştur. Standart yöntemler, genellikle tek bir moleküler katman kullanarak kusurları kapatmaya çalışır. Ancak, tek bir bileşik aynı anda hem dar iç boşluklara nüfuz edemeyebilir hem de geniş yüzeylere bağlanamayabilir. Bu nedenle, farklı fiziksel ortamlar için farklı moleküler tasarımlar gereklidir.

Bu tür kusur problemlerinin üstesinden gelmek, ters çevrilmiş perovskit cihazlar için önemli bir hedeftir. Mühendisler, bu tür cihazların üretiminde daha düşük sıcaklıklar kullanmayı tercih ederler. Daha düşük sıcaklıklar, üretim maliyetlerini düşürür ve malzemelerin yüksek hızlı üretim hatlarında işlenmesini kolaylaştırır. Bu sayede, güneş hücrelerinin esnek ve hafif yüzeylere baskı yapılabilir.

Bu araştırma, Güney Kore’de ortak bir çaba ile yürütüldü. Korea Institute of Energy Research’den Dr. Sungjun Hong, UNIST’ten Profesör Young Seok Park ve Kunsan National University’den Profesör Kyung-Koo Lee bu projede birlikte çalıştı.

“Bu teknoloji, yüksek verimli, esnek güneş hücrelerin bina pencereleri, otomobil sunroofları ve taşınabilir cihazlar gibi uygulamalar için ticarileştirilmesinde önemli bir temel platform sağlar,” şeklinde ifade edildi. Ayrıca, “Bunu daha geniş bir yelpazede, yüksek performanslı yeni nesil güneş hücresi ürünlerine uygulmayı ve temiz ve yenilenebilir enerji pazarında teknolojik rekabet gücümüzü güçlendirmeyi planlıyoruz.”