Güneş Enerjisi Alanında Geleceği Şekillendirecek Mineral: Perovskite

Yakın gelecekte güneş panelleri, perovskite adı verilen sentetik bir mineral sayesinde bir çamaşır askısına asılabilecek kadar hafif ve ucuz olabilir. 

Güneş enerjisi, sürdürülebilir enerji alanında geleceğimizin anahtarı. Ancak güneş enerjisi endüstrisi zor bir sorunla karşı karşıya: Silikon yapılı güneş paneli hücreleri güneş ışığını elektriğe dönüştürmede çok verimli değiller – en iyi ihtimalle yaklaşık %29 verimle çalışıyorlar.

%29 verim…

Bu oldukça düşük bir elektrik üretimi anlamına gelmekte. İhtiyacın karşılanması için çok sayıda güneş hücresinin kullanılması gerekiyor. Bu da panellerin kurulumu için daha büyük alan gereksinimi, daha çok malzeme ve pahalı üretim demek.

Ancak Cambridge Üniversitesi’nden fizikçi Sam Stranks’e göre, perovskite adlı bir mineral sayesinde bu olumsuz durum kökten değişebilir. Kendisi ve Swift Solar’daki meslektaşları, enerji verimliliği üst sınırını kırabilecek perovskite bazlı güneş panelleri geliştirmek için çalışıyorlar.

Perovskite Nedir?

Kimyasal olarak “perovskite”: kalsiyum titanattan oluşan bir kalsiyum titanyum oksit mineralidir. Perovskite kelimesi ayrıca mineralin eşsiz kristal yapısını paylaşan bileşikler sınıfını da temsil eder.

Perovskite, güneş enerjisi

Güneş enerjisinden elektrik üretme özellikleri barındıran perovskite malzeme, 2009 yılında Japon bilim adamı Tsutomu Miyasaka ve arkadaşları tarafından keşfedildi.

Stranks, perovskitelerin güneş ışığını silikonlardan daha iyi emebildiğini söylüyor ve ekliyor “Neredeyse tüm güneş ışığını silikondan en az yüz kat daha ince bir perovskite film ile absorbe edebiliriz”.

Perovskiteler; iki basit tuz, kurşun halojenür ve organik halojenürün belirli oranlarda birleştirilmesiyle elde ediliyorlar. Elde edilen karışım, mürekkep püskürtmeli baskı veya sıkma kaplama kullanılarak çok ince, düzgün bir film tabaka halinde getiriliyor. Elde edilen film çok ince – yaklaşık 500 nanometre (insan saçı kalınlığının yaklaşık 1/100’ü)- ve elektrik üretmek için gereken güneş ışığının büyük bir kısmını emmek için yeterlidir.

Sonuç: Küçük bir perovskite çok fazla güç üretebilir. Stranks bunu şöyle örnekliyor; 50 gigawatt (1 gigawatt 725000 evin güç ihtiyacını karşılar) güç ihtiyacı olan bir şehir için olimpik bir yüzme havuzunun yarısını dolduracak hacimde perovskite sıvıya ihtiyacımız var.

Bir perovskite hücre fabrikası, bir silikon fabrikasından çok daha ucuz olabilir.

Bir silikon üretim fabrikası inşa etmek için yaklaşık 300-400 milyon dolar arasında bir maliyet oluşurken, bir perovskite üretim fabrikası 100 milyon doların altında mal olabilir.

Maliyetteki bu fark kristal silikon kusurlarından kurtulmak için üretim esnasında gereken çok yüksek ısı enerjisinden kaynaklanmaktadır. Oysaki perovskiteler için üretimde yüksek ısı enerjilerine gerek yoktur. Perovskite filmlerin hatasız olması için yumuşak bir şekilde ısıtmak yeterlidir.

Perovskite muhtemelen silikon hücrelerin yerini hemen almayacak.

Perovskite hücrelerin, verimliliklerini artırmak için bir hücrede bulunan mevcut silikon güneş pilleri üzerine katmanlanabileceğini söyleyen Stranks, perovskite ile silikonu katmanlamak, her fotovoltaik (PV_photovoltaic) panelin bugünün PV panellerine göre yüzde 20 daha verimli hale getirebileceğini söylüyor.

Böylece önceden beş panele ihtiyaç duyacak bir ev kuruyorsanız, şimdi sadece dört panel enerji ihtiyacınızı karşılayacaktır. Bu maliyeti bir anda değiştirecek. Güneş enerjisi panelleri diğer maliyet tasarruflarının yanı sıra, bir anda yüzde 20 daha az pahalı olacak.

İkili bir hücre nasıl işliyor?

Bir güneş pilinin işi, farklı renk olarak algılanan çeşitli dalga boylarını görünür spektrumda toplamak ve onları enerjiye dönüştürmektir. Stranks, “Bir silikon hücresinin üstüne bir perovskite hücresini katmanladığınızda, perovskite katmanı en yüksek enerjili görünür ışık olan mavi ışığı toplar ve bunu elektrik gücüne dönüştürür” diyor.

Işığın geri kalan kısmı, daha sonra kırmızılaşan, daha düşük enerjili ışınları emen ve bunları güce dönüştüren aşağıdaki silikon hücreye doğru ilerler. Buradaki fikir, her iki katmanla birlikte neredeyse tüm ışık spektrumunu toplamak ve üretilen güç miktarını en üst düzeye çıkarmaktır.

Neden silikondan tamamen kurtulmuyorsunuz ve sadece perovskite kullanmıyorsunuz?

Hedef bu diyor Stranks. Perovskite-perovskite ikili hücreleri. İki farklı tipte perovskite hücresi birbirinin üzerine yerleştirilir ve aynen perovskite-silikon hücrelerinin farklı ışık frekanslarını topladıkları gibi perovskite-perovskite hücreleri de ışık frekanslarını toplar. Bunlar, verimliliği % 35 veya daha yüksek bir seviyeye çıkarabilir.

Silikon neden hala önemlidir? Çünkü; bir perovskite hücresinin ne kadar dayandığı henüz net olarak bilinmiyor.

Stranks, perovskite hücrelerinin nem ve ısı gibi çevresel stres altında ömürlerinin ne kadar sürdüğünün henüz tespit edilemediğini söylüyor (malzeme 2009’da keşfedildi).

Evinize pahalı bir güneş enerjisi sistemi kuruyorsanız, en azından birkaç yıl dayanmasını istersiniz. Stranks, kompozisyonları ve hücre tasarımlarını optimize ederek perovskite hücrelerinin dayanıklı hale getirilebileceği konusunda iyimser. Bu arada, ikili perovskite hücrelerin uzun süreli dayanıklılık gerektirmeyen ulaşım ve iletişim uygulamalarında kullanılmaya başlanabileceği öngörülüyor.

Stranks’in en iyi tahminine göre perovskitelerin, tüketicilerin hayatına girmesi on yıl kadar sürebilir. “Hala yapmamız gereken işler var ve perovskitelerin tüm potansiyelini kullanmak küresel bir zorunluluk olacak” diyor ve ekliyor “Fakat ucuz, temiz enerjinin fiyatı göz önüne alındığında, gelecek parlak.”

Fizikçi Sam Stranks güneş enerjisi bilimini ve alanın zorluklarını anlattığı TED konuşmasını dinlemenizi öneririz.

Kaynak: https://ideas.ted.com/meet-perovskite-the-mystery-mineral-that-could-transform-our-solar-energy-future/

Matematiksel

Busra Meral

Okumak, araştırmak, yeni şeyler öğrenmek, bunlar üzerinde düşünmek, tartışmak ve paylaşmak benim için büyük keyif. Yazmak ise bambaşka bir dünya. Kurumsal hayat karmaşasından kaçıp buraya sığınıyorum. Paylaştıkça her şeyin daha güzel olacağına gönülden inanıyorum. "Okumak bir insanı doldurur, insanlarla konuşmak hazırlar, yazmak ise olgunlaştırır." Francis Bacon

İlgili Makaleler

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

Başa dön tuşu
Kapalı