Almanya’daki LMU Üniversitesi bünyesinde çalışan Dr. Erkan Aydın liderliğindeki araştırmacılar, hem dayanıklılığı hem de performansı önemli ölçüde artırılmış yeni bir perovskit güneş hücresi geliştirdi. Geliştirilen hücre, özellikle uzay ortamında karşılaşılan aşırı sıcaklık değişimlerine dayanabilecek şekilde tasarlanırken yüzde 26’nın üzerinde güç dönüşüm verimliliği sunarak dikkat çekiyor.
80°C ile 80°C arasında çalışabiliyor
Araştırma kapsamında bilim insanları, hücrelerin dayanıklılığını test etmek için hızlandırılmış termal döngü deneyleri gerçekleştirdi. Bu deneylerde hücreler –80°C ile 80°C arasında değişen aşırı sıcaklık koşullarına maruz bırakıldı. Bu aralık, özellikle alçak Dünya yörüngesi olarak bilinen LEO ortamındaki gerçek çalışma şartlarını temsil edecek şekilde seçildi.
Sonuçlara göre geliştirilen güçlendirilmiş hücreler 16 zorlu sıcaklık döngüsünün ardından başlangıç verimliliğinin yaklaşık yüzde 84’ünü korumayı başardı. Buna karşılık herhangi bir iyileştirme uygulanmayan standart hücrelerde performans kaybının çok daha yüksek olduğu gözlemlendi.
Bu ekstrem olaylar önemli çünkü uzay şartlarındaki uydular sıkça bu tür durumlarla karşılaşıyor. Uyduların doğrudan güneş ışığına maruz kalıp kısa sürede aşırı soğuk ortamlara geçmesi malzemeler üzerinde ciddi termal stres oluşturuyor.
En büyük sorunlardan birisi de çözüldü
Perovskit güneş hücrelerinde uzun süredir çözülmeye çalışılan temel sorunlardan biri farklı malzemelerin sıcaklık değişimlerine farklı tepkiler vermesi. Perovskit tabaka ile cam altlık, ısınma ve soğuma sırasında farklı oranlarda genleşip büzülüyor. Bu farklılık zamanla çatlaklara, katman ayrılmalarına ve yapısal kusurlara neden oluyor. Sonuç olarak hücrenin elektriksel performansı düşüyor. LMU ekibi bu sorunu aşmak için “çift moleküler güçlendirme” olarak adlandırılan yeni bir yaklaşım geliştirdi. Araştırmacılar önce malzemenin içindeki zayıf noktaları güçlendiren bir madde eklediler. Bu madde, kristallerin birleştiği hassas bölgeleri adeta bir yapıştırıcı gibi destekleyerek daha sağlam bir yapı oluşturdu. Sonra ise hücrenin aktif katmanı ile altındaki yüzey arasında güçlü bir kimyasal bağ kuruldu. Böylece bu iki katman birbirine daha sıkı tutundu ve ayrılma riski azaltıldı. Bu iki işlem sayesinde, sıcaklık değişimlerinde oluşan zorlanmalar hücreye daha az zarar verir hale geldi.
Geliştirilen yeni yapı yalnızca dayanıklılığı artırmakla kalmadı, aynı zamanda performansta da önemli bir iyileşme sağladı. Elde edilen sonuçlara göre hücre yüzde 26’nın üzerinde güç dönüşüm verimliliğine ulaştı. Bu değer, aynı koşullarda üretilmiş referans bir hücreye kıyasla yaklaşık yüzde 3 daha yüksek verimlilik anlamına geliyor.
Çalışmanın başyazarı Erkan Aydın, elde edilen bulguların perovskit güneş hücrelerinin geleceği açısından önemli olduğunu belirterek, tane sınırları ve arayüzlerin hedefli şekilde güçlendirilmesinin mekanik stabiliteyi ciddi ölçüde artırdığını ifade etti. Ortaya konan bu yeni yaklaşım yalnızca uzay uygulamaları için değil, aynı zamanda Dünya üzerindeki zorlu çevresel koşullarda çalışan güneş enerjisi sistemleri için de önemli bir potansiyel taşıyor.
Erkan Aydın, 2023 yılında perovskit/silikon tandem güneş hücresi ile verimlilik rekoru kırmıştı. Yapılan yeni çalışmada Erkan Aydın haricinde Cem Yılmaz, Ali Buyruk, Caner Değer, İlhan yavuz ve Esma Uğur da yer aldı.
Kaynak : https://www.donanimhaber.com/turk-arastirmacidan-uzaya-dayanikli-perovskit-gunes-hucresi–203638
