Yeni Nesil Perovskite Elektrik Üretiminin Geleceği

Gelişen Fotovoltaik Güneş enerjisi Teknolojileri Nedir?

Ucuz ve her yerde bulunan güneş enerjisi ve depolamaya erişim, enerji üretme ve kullanma şeklimizi değiştirecek ve ulaştırma sektörünün elektrifikasyonuna izin verecektir. Yenilenebilir enerjiyi yakıt olarak depoladığımız ve yeni cihazları desteklediğimiz yeni kimyasal temelli ekonomiler için potansiyel vardır.

Bu, mevcut güneş enerjisi sistemlerinin, 30 TeraWatt (TW) küresel güç ihtiyacımızın (bugün 1 TW’den daha az üretiyorlar) gerekli kısmını iklim değişikliği gibi sorunları çözecek kadar hızlı karşılama ihtimalinin düşük olduğu anlamına geliyor.

Aynı şekilde, mevcut LED aydınlatma ve ekran teknolojilerimiz çok pahalıdır ve yeterince kısa bir zaman diliminde geleneksel aydınlatmanın gerçekçi bir şekilde yerini alacak kadar iyi renk kalitesine sahip değildir.

Aydınlatma şu anda dünyadaki karbon emisyonlarının % 5’ini oluşturduğu için bu bir sorundur. Bu boşluğu hızla doldurmak için yeni teknolojilere ihtiyaç var. İngiltere, Cambridge’deki laboratuvarlar, halojenür perovskitler olarak bilinen gelecek vaat eden yeni bir malzeme ailesiyle çalışıyor. Işıkla uyarıldığında yük ileten yarı iletkenlerdir.

Perovskite mürekkepleri, metal, halojenür ve organik iyonlardan oluşan son derece ince filmler (insan saçı genişliğinin yaklaşık yüzde biri) oluşturmak için cam veya plastik üzerine biriktirilir. Elektrot kontakları arasına sıkıştırıldığında, bu filmler güneş pili veya LED cihazları oluşturur.

Şaşırtıcı bir şekilde, absorbe ettikleri veya yaydıkları ışığın rengi, kimyasal yapıları ince ayar yapılarak değiştirilebilir. Büyütme şeklimizi değiştirerek, ışığı emmeye (bir güneş paneli için) veya ışık yaymaya (bir LED için) daha uygun hale getirebiliriz. Bu bize ultraviyole ışıktan görünür ve kızılötesine yakın ışık yayan farklı renkli güneş pilleri ve LED’ler yapmamızı sağlar.

Ucuz ve çok yönlü işlemelerine rağmen, bu malzemelerin hem güneş pilleri hem de ışık yayıcılar olarak dikkat çekici derecede verimli olduğu gösterilmiştir. Perovskite güneş pilleri 2019’da% 25,2 verimliliğe ulaştı , kristal silikon hücrelerin hemen ardından % 26,7’ye ulaştı ve perovskite LED’ler halihazırda kullanıma hazır organik ışık yayan diyot (OLED) performanslarına yaklaşıyor.

Hücrelerin aksine, perovskite filmler oldukça değişken boyutlu mozaik “taneciklerden” (nano metreden milimetreye) ve kimyadan oluşur ancak yine de en iyi silikon kadar performans gösterirler. Dahası, perovskite filmlerdeki küçük kusurlar önemli güç kayıplarına yol açmaz. Bu tür kusurlar, bir silikon panel veya ticari bir LED için felaket olacaktır.

Ancak gerçek fırsat, silikon hücrelerin verimliliğinin ötesinde yüksek verimli hücreler geliştirmektir. Örneğin, iki farklı renkli perovskit filmi bir “tandem” güneş hücresinde bir araya getirebiliriz. Her katman, hücrenin genel verimliliğini artırarak güneş spektrumunun farklı bölgelerini toplar.

Başka bir örnek, standart bir silikon hücrenin üzerine bir perovskit katmanı ekleyerek, önemli bir ek maliyet olmaksızın mevcut teknolojinin verimliliğini arttırır. Bu tandem katmanlama yaklaşımları, güneş panellerinin verimliliğinde % 30’un üzerinde bir artış yaratabilir, bu da hem panel hem de sistem maliyetlerini azaltırken aynı zamanda enerji ayak izlerini de azaltır.

Bu perovskit katmanları, gazete kağıdı gibi işlenerek maliyetleri daha da düşüren esnek güneş panelleri üretmek için de geliştiriliyor. Hafif, yüksek güçlü güneş enerjisi aynı zamanda elektrikli araçlara ve iletişim uydularına güç sağlamak için olanaklar sağlar.

LED’ler için perovskitler, gelişmiş esnek ekran teknolojilerine yol açabilecek olağanüstü renk kalitesi elde edebilir. Perovskitler aynı zamanda günümüz ticari LED’lerinden daha ucuz, daha yüksek kaliteli beyaz aydınlatma sağlayabilir ve bir kürenin “renk sıcaklığı” soğuk veya sıcak beyaz ışık veya arada istenen herhangi bir gölge verecek şekilde üretilebilir. Ayrıca, geleceğin kuantum bilgisayarları için yapı taşları ve son derece düşük doz tıbbi ve güvenlik görüntüleme için X-Ray dedektörleri olarak heyecan yaratıyorlar.

İlk ürünler ortaya çıksa da, hala zorluklar var. Önemli bir konu, uzun vadeli istikrarın gösterilmesidir. Ancak araştırma umut vericidir ve bunlar çözüldükten sonra, halojenür perovskitler enerji üretimimizin ve tüketimimizin dönüşümünü gerçekten hızlandırabilir.