Silikon günleri bitti mi? Organik güneş paneli güneş ışığının %20'sini elektriğe dönüştürüyor

[™ Admin]

Silikon günleri bitti mi? Organik güneş paneli güneş ışığının %20'sini elektriğe dönüştürüyor

Kansas Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, daha verimli ve çok yönlü güneş hücrelerine işaret ederek organik yarı iletkenleri anlamada bir atılım gerçekleştirdiler.

Yıllar boyunca silikon güneş enerjisi manzarasına hakim oldu. Verimliliği ve dayanıklılığı onu fotovoltaik paneller için tercih edilen malzeme haline getirdi. Ancak silikon bazlı güneş hücreleri sert ve üretimi pahalıdır ve kavisli yüzeyler için potansiyellerini sınırlar.

Organik yarı iletkenler, bu karbon bazlı malzemeler daha düşük maliyetle ve daha fazla esneklikle uygulanabilir bir alternatif sunar. Kansas Üniversitesi'nde fizik ve astronomi doçenti olan Wai-Lun Chan, "Bu malzemeler, tıpkı bir duvarı boyadığımız gibi, çözüm tabanlı yöntemler kullanılarak keyfi yüzeylere kaplanabildiğinden, güneş panelleri için üretim maliyetini potansiyel olarak düşürebilirler" diye açıkladı.

Ancak bu organik yarı iletkenler yalnızca maliyet tasarrufuyla ilgili değil. Belirli ışık dalga boylarını emecek şekilde ayarlanabilme özelliğine sahipler ve bu da çok sayıda yeni olasılık sunuyor. Chan, "Bu özellikler, organik güneş panellerini özellikle yeni nesil yeşil ve sürdürülebilir binalarda kullanım için uygun hale getiriyor" diye belirtti. Şeffaf ve renkli güneş panellerini, mimari tasarımlara kusursuz bir şekilde entegre edilmiş olarak hayal edin.

Tüm bu avantajlara rağmen, organik güneş hücreleri silikon muadillerinin verimliliğine ulaşmakta zorluk çekmiştir. Silikon paneller güneş ışığının %25'ine kadarını elektriğe dönüştürebilirken, organik hücreler genellikle %12 verimlilikte seyretmiştir. Bu fark, yaygın bir şekilde benimsenmesinin önünde önemli bir engel teşkil etmiştir.

Verimliliğin kilidini açma

Son gelişmeler, organik yarı iletkenler etrafındaki heyecanı yeniden canlandırmıştır. Fulleren olmayan alıcılar (NFA'lar) adı verilen yeni bir malzeme sınıfı, organik güneş hücresi verimliliğini %20'ye yaklaştırarak silikonla arasındaki farkı daraltmıştır.

Kansas araştırma ekibi, NFA'ların diğer organik yarı iletkenlerden neden çok daha iyi performans gösterdiğini anlamaya koyuldu. Araştırmaları şaşırtıcı bir keşfe yol açtı: belirli durumlarda, NFA'lardaki uyarılmış elektronlar, enerjilerini kaybetmek yerine çevrelerinden kazanabilirler.

Bu bulgu, geleneksel bilgeliğe aykırıdır. Chan, "Bu gözlem sezgiye aykırıdır çünkü uyarılmış elektronlar genellikle enerjilerini, bir fincan sıcak kahvenin ısısını çevreye kaybetmesi gibi çevreye verirler," diye açıkladı.

Lisansüstü öğrencisi Kushal Rijal liderliğindeki ekip, zaman çözünürlüklü iki fotonlu fotoemisyon spektroskopisi adı verilen karmaşık bir teknikle deneyler yaptı. Bu yöntem, uyarılmış elektronların enerjisini saniyenin trilyonda birinden daha az bir değere kadar izlemelerine olanak sağladı.

Beklenmedik bir müttefik

Araştırmacılar, bu alışılmadık enerji kazanımının kuantum mekaniği ve termodinamiğin bir kombinasyonundan kaynaklandığına inanıyor. Kuantum düzeyinde, uyarılmış elektronlar aynı anda birden fazla molekül üzerinde var gibi görünebilir.

Termodinamiğin ikinci yasasıyla birleştiğinde, bu kuantum davranışı ısı akışının yönünü tersine çevirir.

Rijal bir basın bülteninde, "Belirli bir nanometre ölçeğinde düzenlenmiş organik moleküller için, toplam entropinin artması için ısı akışının tipik yönü tersine çevrilir," diye açıkladı. "Bu ters ısı akışı, nötr eksitonların çevreden ısı kazanmasını ve bir çift pozitif ve negatif yüke ayrışmasını sağlar. Bu serbest yükler sırayla elektrik akımı üretebilir."

Güneş hücrelerinin ötesinde

Güneş hücrelerini geliştirmenin ötesinde, ekip bulgularının yenilenebilir enerji araştırmalarının diğer alanlarında da uygulanabilir olduğuna inanıyor. Keşfedilen mekanizmanın karbondioksiti organik yakıtlara dönüştürmek için daha verimli fotokatalizörlere yol açacağını düşünüyorlar.

"Entropi fizik ve kimyada iyi bilinen bir kavram olmasına rağmen, enerji dönüşüm cihazlarının performansını iyileştirmek için nadiren aktif olarak kullanılmıştır," diye vurguladı Rijal.

Kaynak: IE