İspanya’daki bilim insanları, güneş panellerinin verimliliğini artırabilecek yeni bir yöntem geliştirdi. Barselona’daki Fotonik Bilimler Enstitüsü (ICFO) araştırmacıları, güneş hücrelerinde oluşan ışık kayıplarını azaltmak için özel bir gümüş elektrot tasarladı. Yöntem, teorik olarak güneş pillerinde yüzde 33 civarında kabul edilen verimlilik sınırının aşılmasına ve dönüşüm oranının yüzde 43’e yaklaştırılmasına kapı aralayabilir.
Ancak bu hedefe henüz ulaşılmış değil. Laboratuvar deneylerinde şu ana kadar sınırlı verimlilik artışları gözlemlendi. Araştırmanın önemi, güneş hücrelerinde enerji kaybını azaltmak için farklı bir yol sunmasından kaynaklanıyor.
Güneş pillerinde ışık kaybı nasıl azaltılacak?
Güneş panelleri, üzerlerine düşen ışığın tamamını elektriğe dönüştüremiyor. Enerjinin bir bölümü ısıya dönüşürken bazı fotonlar da hücreden dışarı kaçıyor. Ayrıca yarı iletken malzemeye ulaşan enerjinin tamamı elektrik üretiminde kullanılamıyor.
Bu kayıplar, tek eklemli güneş hücrelerinin teorik verimlilik sınırını belirleyen Shockley-Queisser sınırının temel nedenleri arasında yer alıyor. Standart koşullarda bu sınır yaklaşık yüzde 33 olarak kabul ediliyor.
ICFO ekibi, özellikle hücre içinde oluşan ışığın dışarı kaçmasını engellemeye odaklandı. Araştırmacılar, güneş hücresinin ön yüzeyinde bulunan şeffaf elektrodu yeniden tasarlayarak ışığın hareketini kontrol etmeyi amaçladı.
Gümüş elektrot ışığı hücre içinde tutuyor
Güneş hücrelerinde fotonlar, yarı iletken malzemedeki elektronları harekete geçirerek elektrik akımının oluşmasını sağlıyor. Ancak bazı elektronlar yeniden birleşirken enerjilerini foton olarak yayıyor. Bu ışınımın bir bölümü hücreden kaçtığında kullanılabilecek enerji de kaybediliyor.
Araştırmacılar, geleneksel şeffaf elektrot yerine elektrik iletkenliğini koruyan çok ince bir gümüş tabakası kullandı. Bu tabaka, ışığın belirli açılarda dışarı çıkmasını sınırlandıran kısmi bir ayna gibi davranıyor.
Böylece hücre içindeki ışığın yayılımı daha kontrollü hale geliyor. Araştırmacıların hedefi, bu yöntemle ışık kayıplarını azaltırken elektrik üretimini de artırmak.
Yaklaşımın önemli avantajlarından biri, ışığı kontrol etmek için hücrenin çevresine ayrıca büyük bir ayna sistemi yerleştirme ihtiyacını ortadan kaldırabilmesi. Önceki deneylerde ışığı hücre içinde tutmaya yönelik yöntemlerde voltaj ve akımı aynı anda artırmak önemli bir sorun oluşturuyordu.
Yüzde 43 verimlilik henüz teorik hedef
Araştırmanın başyazarı Dr. Francisco Bernal Texca, elde edilen sonuçların Shockley-Queisser sınırının ötesine geçmek için yeni araştırma fırsatları sunduğunu belirtiyor.
Bununla birlikte, yüzde 43’lük verimlilik mevcut deneylerin ulaştığı bir sonuç değil. Bu oran, yöntemin daha da geliştirilmesiyle erişilebileceği öngörülen teorik bir hedef. Teknolojinin farklı güneş hücrelerinde nasıl performans göstereceği ve ticari üretime uygun olup olmayacağı için daha fazla araştırma gerekiyor.
Güneş paneli verimliliğinde farklı teknolojiler yarışıyor
Güneş enerjisinden daha fazla elektrik elde etmek için farklı yöntemler de geliştiriliyor. Çinli üretici Longi, silikon ve perovskit katmanlarını bir arada kullanan güneş hücresi teknolojisiyle yüzde 35,5 verimlilik elde ettiğini açıklamıştı. Bu yaklaşım, güneş ışığının farklı dalga boylarından daha fazla yararlanmayı hedefliyor.
Japonya’daki Kyushu Üniversitesi ve Almanya’daki Johannes Gutenberg Mainz Üniversitesi araştırmacıları ise tekil bölünme olarak bilinen süreç üzerinde çalışıyor. Bu yöntemde yüksek enerjili bir fotonun enerjisinden yararlanılarak iki ayrı uyarılma oluşturulması ve böylece daha fazla elektronun elektrik üretimine katkıda bulunması amaçlanıyor.
ICFO’nun gümüş elektrot yaklaşımı ise doğrudan ışık kayıplarını azaltmaya odaklanmasıyla diğer yöntemlerden ayrılıyor.
Bu araştırmaların ortak amacı, güneş panellerinin kapladığı alanı artırmadan daha fazla elektrik üretebilmek. Laboratuvarda başarılı sonuçlar elde edilmesi önemli bir adım olsa da yöntemlerin ticari panellere aktarılması için verimlilik, maliyet ve üretim süreçlerinin birlikte değerlendirilmesi gerekiyor. Bu engeller aşılırsa yeni teknolojiler, güneş enerjisinin daha verimli ve ekonomik hale gelmesine katkı sağlayabilir.