NREL’deki Araştırmacılar %39,5 Verime Ulaşabilen Güneş Hücresi Geliştirdi

NREL’in Yüksek Verimli Kristal Fotovoltaik (PV) Grubunda kıdemli bir Bilim insanı ve projede baş araştırmacı olan Myles Steiner “Yeni hücrenin daha verimli ve dar alan uygulamaları veya düşük radyasyonlu uzay uygulamaları gibi çeşitli yeni uygulamalarda kullanışlı olabilecek daha basit bir tasarıma sahiptir” ifadelerini kullandı.

Çalışma, NREL meslektaşları Ryan France, John Geisz, Tao Song, Waldo Olavarria, Michelle Young ve Alan Kibbler ile gerçekleştirilirken ayrıntılar, Joule Dergisi’nin Mayıs sayısında çıkan “Triple-junction solar cells with 39.5% terrestrial and 34.2% space efficiency enabled by thick quantum well superlattices” başlıklı makale de özetlenmiştir.

NREL bilim insanları daha önce 2020 yılında da III-V malzemeleri kullanan 6 junctionlı güneş hücresiyle %39,5 verime ulaşarak bir rekor kırdı. Güneş hücresi özelliklerini modifiye etmek için birçok çok ince tabaka kullanan “kuantum kuyusu” güneş hücreleri, verimlilikteki gelişme araştırmasını takip etti. Bilim adamları, eşi görülmemiş performansa sahip kuantum kuyusu güneş hücresi geliştirdiler ve bunu, her bir junctionun güneş spektrumunun farklı bir aralığını yakalamak ve kullanmak için ayarlandığı, farklı bant aralıklarındaki 3 farklı junctiona sahip bir cihaza uyguladılar. Periyodik tabloda yerleri nedeniyle bu şekilde adlandırılan III-V malzemeleri, güneş spektrumunun farklı kısımlarını hedeflemelerine izin veren çok çeşitli enerji spektrumlarını kapsar. Üst junction galyum indiyum fosfitten (GaInP), orta bölüm kuantum kuyularıyla galyum arsenid (GaAs) ve alt kısım kafes-uyumsuz galyum indiyum arsenitten (GaInAs) yapılır. Kullanılan malzemeler yıllar süren araştırmalar sonucunda yüksek optimize edilmiştir.

Fransız, kıdemli bilim insanı ve hücre tasarımcısı “Kilit bir nokta, GaAs’ın mükemmel bir malzemeyken ve genellikle III-V çok junctionlı hücrelerde kullanılmasına rağmen, 3 bağlantı hücresi için tam olarak doğru bant aralığına sahip olmayıp bu, 3 hücre arasındaki foto akım dengesinin optimal olmadığı anlamına gelmektedir.” ifadelerini kullanmıştır.

II-V hücreleri, yüksek verimlilikleriyle bilinir, ancak üretim süreci geleneksel olarak pahalı olmuştur. Şimdiye kadar, III-V hücreleri uzay uyduları, insansız hava araçları ve diğer niş uygulamalar gibi alanlarda enerji sağlamak için kullanıldı. NREL‘deki araştırmacılar, III hücrelerinin üretim maliyetini büyük ölçüde azaltmak ve bu hücreleri çeşitli yeni uygulamalar için ekonomik hale getirecek alternatif hücre tasarımları sağlamak için çalışmaktadırlar. Hücrenin mevcut tasarımı, düşük radyasyonlu ortamlar için uygun olup hücre yapısının daha da geliştirilmesiyle belki de gelecekte yüksek radyasyon uygulamalarında kullanılabilir hale gelecektir.

Kaan Murat ÇELİKÇAN – Enerji Sistemleri Mühendisi – kmcelikcan@gmail.com