Bilim İnsanları Güneş Hücresi Verimliliğinde Yeni Bir Rekor Kırdı

Bilim İnsanları Güneş Hücresi Verimliliğinde Yeni Bir Rekor Kırdı

Güneş enerjisinde sevilmeyecek ne olabilir ki? Işığı doğrudan elektriğe dönüştüren minik yarı iletkenler olan fotovoltaik hücreleri kullanarak, Güneş'in gücünden yararlanabiliyor ve bu gücü, evlerimize enerji sağlamak üzere elektrik enerjisine (watt gücüne) dönüştürebiliyoruz.

Teoride kulağa harika gelse de, işin içinde büyük bir püf noktası var. Yıldızımızın bize cömertçe gönderdiği tüm o güçten, yalnızca yaklaşık yüzde 33'lük bir kısmı kullanılabilir elektriğe dönüştürülebiliyor; üstelik çoğu ticari güneş paneli bu orana yaklaşmaya bile muvaffak olamıyor.

Bu üst sınır, adını, kavramı ilk kez 1961 yılında teorize eden iki fizikçiden alan Shockley-Queisser sınırı olarak bilinir. Bunun ardındaki neden termodinamik bilimine dayanır: Güneş ışığı bize, ışık enerjisinden oluşan devasa bir gökkuşağı şeklinde ulaşır; ancak biz bu spektrumun yalnızca dar bir dilimini kullanılabilir elektriğe dönüştürebiliriz. Geri kalan kısım ya ışın olarak geçip gider ya da fazladan ısı enerjisi şeklinde kaybolur.

Ancak artık, yepyeni bir sürecin Shockley-Queisser sınırını kökünden aşması mümkün görünüyor. Journal of the American Chemical Society dergisinde yayımlanan yeni bir makalede, Japonya ve Almanya'dan bir grup bilim insanı, ışık spektrumunun aksi takdirde atık ısı olarak heba olacak kısımlarını yakalayabildiğini iddia ettikleri bir yöntemi detaylandırıyor.

Temel olarak araştırmacılar; belirli bir bileşiği, normal şartlarda elektriğe dönüştüremediğimiz bir ışık bandı parçası olan yüksek enerjili mavi ışıkla bombardımana tuttuklarında, gelen enerjiyi iki kullanılabilir parçaya ayırabildiklerini keşfettiler. Geliştirdikleri bu yöntemi kullanarak, ekip yaklaşık yüzde 130'luk bir enerji dönüşüm verimliliğine ulaşmayı başardı; bu da, sisteme giren her 100 foton karşılığında 130 adet kullanılabilir enerji taşıyıcısı elde edebildikleri anlamına geliyor.

Bu çığır açıcı başarıya imza atabilmek için ekip, organik bir molekül olan tetraseni, metalik bir element olan molibden ile karıştırdı. Bilim insanları daha önce de bu tür yüksek enerjili mavi ışıktan yararlanmak amacıyla tetrasen kullanmışlardı; ancak o dönemde, sürekli enerji dönüşümünü engelleyen bazı pratik sorunlar mevcuttu. Araştırmacılar, molibden ilavesinin tam da bu sorunları çözdüğünü belirtiyorlar.

Kyushu Üniversitesi'nden kimyager ve çalışmanın ortak yazarlarından biri olan Yoichi Sasaki, bir basın bülteninde yaptığı açıklamada, "Bu [Shockley-Queisser] sınırını aşmak için elimizde iki temel strateji bulunuyor," dedi. Bunlardan ilki, daha düşük enerjili kızılötesi fotonları, daha yüksek enerjili görünür ışık fotonlarına dönüştürmektir. Diğeri —ki burada incelediğimiz yöntem de budur— tek bir eksiton fotonundan iki eksiton üretmek amacıyla singlet fisyonunu kullanmaktır.

Şu ana kadar gerçekleştirilenlerin, kontrollü laboratuvar deneylerinden ibaret olduğunu vurgulamak önemlidir. Ticari olarak temin edilebilen en verimli güneş panelleri hâlâ yaklaşık yüzde 25'lik bir verimlilik oranı sunmaktadır ve bu durumun yakın zamanda değişmesi pek olası görünmemektedir. Yine de bu gelişme, 60 yılı aşkın bir süredir varlığını koruyan teorik tavan üzerinde, bugüne dek açılmış en büyük çatlaktır.

Kaynak: Futurism