Güneş panellerinin otomobillerin tavanları, sırt çantaları ve kavisli yüzeyler üzerinde kullanılabilmesi amacıyla geliştirilen esnek güneş hücrelerinde yüksek verimlilik ve dayanıklılık sorunları yaşanmaktaydı. Çin’deki bilim insanları, bu sorunların temelinde yatan üretim kaynaklı bir problemi çözerek esnek perovskit güneş hücrelerinde yüzde 26,86 verimliliğe ulaştılar. Ayrıca geliştirilen teknoloji, yüksek sıcaklık ve nem altında uzun süreli testlerde de performansını büyük ölçüde korudu.
Araştırma ekibi, esnek güneş hücrelerinin üretiminde kullanılan iki katmanın etkileşimlerini kontrol altına aldı. Bu hücrelerde güneş ışığını elektriğe dönüştüren perovskit kristalleri ile elektrik yüklerini taşıyan kendiliğinden oluşan tek moleküllü tabaka (SAM) kullanılıyor. Ancak bu iki katman esnek yüzeylere aynı anda uygulandığında aralarındaki güçlü kimyasal etkileşimler malzemelerin düzgün yerleşimini engelliyor.
Katmanlar arasındaki düzensizlikler ve kusurlar, güneş panellerinin sıcaklık ve nem gibi çevresel koşullar altında daha hızlı bir şekilde performans kaybetmesine neden olabiliyor. Ayrıca esnek yüzeylerin pürüzlülüğünün ve yüzeylerindeki hidroksil gruplarının yoğunluğundaki değişiklikler, geniş ölçekli üretimde homojen kaplama elde edilmesini zorlaştırıyor. Bu sebeple esnek güneş panelleri, verimlilik ve dayanıklılık açısından geleneksel panellerin gerisinde kalabiliyor.
Yeni üretim yöntemiyle verimlilik artışı sağlandı
Araştırmacılar, iki katmanın üretim aşamasında birbirini olumsuz etkileyen özel bir katkı maddesi geliştirdi. Bu madde, katmanların esnek yüzeye daha düzgün yerleşmesini sağlarken aynı zamanda güneş ışığını elektriğe dönüştüren kristallerdeki kusurları da azaltıyor. Böylece hem enerji üretim verimliliği hem de panellerin dayanıklılığı artırılmış oluyor.
Geliştirilen yöntemle küçük alanlı esnek güneş hücrelerinde yüzde 26,86 verimlilik elde edildi. Daha büyük modüllerde de başarılı sonuçlar alındı; 5 x 5 santimetrelik modüllerde yüzde 22,31, 10 x 10 santimetrelik modüllerde yüzde 20,63 ve 30 x 30 santimetrelik panellerde yüzde 20,15 verimlilik ölçüldü.
Araştırmanın en çarpıcı bulgularından biri ise panellerin yüksek sıcaklık ve nem koşullarındaki dayanıklılığı oldu. 25 santimetrekarelik bir güneş hücresi, 85 derece sıcaklık ve yüzde 65 nem altında toplamda 1.044 saat boyunca test edildi. Başlangıçta yüzde 22 olan verimli hücre, testin sonunda ilk değerinin yüzde 92,5’ini korudu.
Modüller ayrıca aşırı soğuktan yüksek sıcaklıklara geçişlerin olduğu testlerden geçti ve IEC 63163 uluslararası kararlılık standardının gerekliliklerini karşıladı. Sonuçlar yeni yöntemle üretilen esnek güneş panellerinin zorlu çevre koşullarında daha istikrarlı çalışabileceğini ortaya koyuyor.
Esnek güneş panellerinin kullanım alanları nelerdir?
Geliştirilen teknoloji, hafif ve bükülebilir güneş panellerinin otomobil tavanları, taşınabilir enerji sistemleri ve sırt çantaları gibi çeşitli alanlarda kullanılmasını kolaylaştırabilir. Ancak bu araştırma henüz ticari ürünlerin piyasaya çıkacağı anlamına gelmiyor; laboratuvar ortamında elde edilen sonuçların büyük ölçekli üretimde korunması gerekiyor.
Araştırmacılar gelecek aşamada verimliliği daha da artırmayı hedefliyor; farklı güneş hücresi teknolojilerini bir araya getirmeyi planlıyorlar ve panellerin rulo halinde sürekli üretimi için çalışmalar yapmayı düşünüyorlar. Bu hedeflerin gerçekleştirilmesi halinde esnek güneş panellerinin kullanım alanlarının genişlemesi sağlanabilir.
