Araştırmacılar verimli tandem güneş pilleri üretmek için vakum süreçlerini kullanıyor

Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü (KIT) ve Valensiya Üniversitesi'nden bir araştırma ekibi, perovskit-silikon tandem güneş pilleri üretmek için bir vakum işlemi kullanarak geniş bir alana ince perovskit katmanlarını eşit ve hızlı bir şekilde uygulamayı başardı. Yüzde 24,3'e kadar verime ulaşan bu tür güneş pillerinin üretim süreci, endüstriyel üretim için neredeyse isteğe göre ölçeklendirilebiliyor.

Tandem güneş pillerinde, fotovoltaiklerde güneş ışığının farklı dalga boyu aralıklarından yararlanmak için yarı iletken perovskit ve silikon kullanılır. Üstteki perovskit tabakası kısa dalgalı ışığı emer, alttaki silikon tabakası ise uzun dalgalı ışığı emer. Bu kombinasyon, tandem güneş pillerinin daha yüksek verim elde etmesini sağlar. Ancak üretimi o kadar da kolay değil. Üretim sırasında perovskit katmanın çok ince, eşit ve geniş bir alana uygulanması gerekiyor. Aynı zamanda üretim sürecini ölçeklendirmek için bunun hızlı ve güvenilir bir şekilde çalışması gerekir.

KIT ve Valencia Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, bunu başarmak için yakın alan süblimasyonuna (CSS) dayalı hızlı bir vakum işlemi kullanıyor. Nature Energy'de yayınlanan “Verimli perovskit silikon tandem güneş pilleri için çok yönlü bir biriktirme işlemi olarak yakın uzay süblimasyonu” çalışmasında araştırma sonuçlarını özetlediler. Bu, silikon hücresine malzeme kaynağından sadece birkaç milimetre uzakta çarpan başlangıç ​​malzemelerini buharlaştırır. Orada bir perovskit tabakası oluşturmak üzere reaksiyona girerler. Bilim adamları, kaplama başına yalnızca küçük miktarlarda başlangıç ​​malzemesinin gerekli olduğunu vurguluyor. Kaynak malzeme de yeniden kullanılabilir.

Valensiya Üniversitesi'nden bilim adamlarından biri olan Sofia Chozas-Barrientos, “Yakın alan süblimasyonuyla, zorlu organik başlangıç ​​malzemelerini solvent olmadan ve kısa sürede silikona uygulayabildik” diye açıklıyor. “Deneyde dönüşüm on dakika sonra tamamlandı; bu, vakum işlemi için önemli bir ilerlemedir.”

Perovskit katmanının istenen dalga boylarını absorbe edebilmesi için üst alt hücredeki bant aralığının, ışığı doğru oranlarda absorbe edip iletebilmesi için daha büyük olması gerekir. Bu, perovskit ve silikon katmanlarının birbirleriyle en iyi şekilde koordine edilmesini sağlar. Bunu başarmak için araştırmacılar, organik başlangıç ​​kaynakları olarak metilamonyum iyodür ve metilamonyum bromürü kullandılar. Bitmiş malzemedeki bromun oranı bu iki maddenin oranıyla kontrol edilebilir, bu da gerekli 1,64 elektron voltluk bant aralığının elde edilmesini garanti eder. Brom içeren inorganik öncü katmanla yapılan önceki girişimler, malzemeyi perovskite dönüştürürken gerekli oran elde edilemediği için başarısız olmuştu.

Farklı yapılandırılmış silikon katmanlara yapışma

Bilim insanları CSS sürecini pürüzsüzden nano ve mikro yapılı yüzeylere kadar farklı yapılara sahip silikon yüzeyler üzerinde test etti. Endüstriyel bir üretim sürecinde perovskit katmanının farklı yüzey yapılarına yapışabilmesi gerekir. Araştırmacılar bunun, ayarlamalara gerek kalmadan her üç yapı türünde de eşit şekilde çalıştığını buldu. Bu şekilde üretilen perovskit ve silikondan oluşan tandem güneş pilleri, pürüzsüz yüzeylerde yüzde 23,5, nano yapılılarda yüzde 23,7 ve mikro yapılı silikon hücrelerde yüzde 24,3 verimlilik elde etti.

Nano ve mikro yapılı silikon hücrelere düzgün yapışma endüstriyel proses için önemlidir. Ancak o zaman pratikte endüstriyel bir üretim süreci mümkün olur.

(olb)