Güneş panellerini araçların tavanları, sırt çantaları ve eğimli yüzeyler üzerinde kullanmak amacıyla tasarlanan esnek güneş hücrelerinde yüksek verimlilik ve dayanıklılık sorunları ortaya çıkıyordu. Çin’deki bilim insanları, bu sorunların kökenindeki üretimle ilgili bir problemi çözerek esnek perovskit güneş hücrelerinde yüzde 26,86 verimliliğe ulaştılar. Ayrıca geliştirilen teknoloji, yüksek sıcaklık ve nem koşullarında uzun süreli testlerde de performansını büyük ölçüde korudu.
Araştırma ekibi, esnek güneş hücrelerinin üretiminde kullanılan iki katmanın etkileşimlerini kontrol altına almayı başardı. Bu hücrelerde güneş ışığını elektriğe dönüştüren perovskit kristalleri ile elektrik yüklerini taşıyan kendiliğinden oluşan tek moleküllü tabaka (SAM) birlikte kullanılıyor. Ancak bu iki katman esnek yüzeylere eş zamanlı uygulandığında aralarındaki güçlü kimyasal etkileşimler malzemelerin düzgün yerleşimini engelliyor.
Katmanlar arasındaki düzensizlikler ve hatalar, güneş panellerinin sıcaklık ve nem gibi çevresel koşullar altında daha hızlı bir şekilde performans kaybetmesine sebep oluyor. Ayrıca esnek yüzeylerin pürüzlülüğü ile yüzeylerindeki hidroksil gruplarının yoğunluğundaki değişiklikler, geniş alanlı üretimde homojen kaplama elde edilmesini zorlaştırıyor. Bu sebeple esnek güneş panelleri, verimlilik ve dayanıklılık açısından geleneksel panellerin gerisinde kalabiliyor.
Yeni üretim yöntemi verimliliği artırdı
Araştırmacılar, iki katmanın üretim sürecinde birbirine olumsuz etkide bulunmasını engelleyen özel bir katkı maddesi geliştirdi. Bu madde, katmanların esnek yüzeye daha düzgün yerleşmesini sağlarken aynı zamanda güneş ışığını elektriğe dönüştüren kristallerdeki hataları da azaltıyor. Böylece hem enerji üretimi verimliliği hem de panellerin dayanıklılığı artırılmış oluyor.
Elde edilen yöntemle küçük alanlı esnek güneş hücrelerinde yüzde 26,86 verimlilik sağlandı. Daha büyük panellerde de olumlu sonuçlar elde edildi. 5 x 5 santimetrelik modüllerde yüzde 22,31, 10 x 10 santimetrelik modüllerde yüzde 20,63 ve 30 x 30 santimetrelik panellerde ise yüzde 20,15 verimlilik ölçümlendi.
Araştırmanın en dikkat çekici bulgularından biri ise panellerin yüksek sıcaklık ve nem koşullarındaki dayanıklılığıydı. 25 santimetrekarelik bir güneş hücresi, 85 derece sıcaklıkta ve yüzde 65 nem ortamında toplamda 1.044 saat boyunca test edildi. Başlangıçta yüzde 22 verimliliğe sahip olan hücre, test sonunda ilk değerinin yüzde 92,5’ini korumayı başardı.
Modüller ayrıca aşırı soğuk ile yüksek sıcaklıklara geçişlerin yaşandığı testlerden geçti ve IEC 63163 uluslararası kararlılık standardının gerekliliklerini yerine getirdi. Sonuçlar, yeni yöntem sayesinde esnek güneş panellerinin zorlu çevre koşullarında daha istikrarlı çalışabileceğini gösteriyor.
Esnek güneş panelleri nerelerde kullanılabilir?
Geliştirilen teknoloji; hafif ve bükülebilir güneş panellerinin otomobil tavanları, taşınabilir enerji sistemleri ve sırt çantaları gibi çeşitli alanlarda kullanımını kolaylaştırabilir. Ancak bu araştırma henüz ticari ürünlerin piyasaya sürülmesi anlamına gelmiyor; laboratuvar ortamında elde edilen başarıların büyük ölçekli üretimde de devam ettirilmesi gerekiyor.
Araştırmacılar bir sonraki aşamada verimliliği daha da artırmayı amaçlıyor; farklı güneş hücresi teknolojilerini entegre etmeyi ve panellerin rulo halinde sürekli üretimi üzerine çalışmalar yapmayı planlıyorlar. Bu hedeflere ulaşılması durumunda esnek güneş panellerinin daha geniş kullanım alanlarına yayılmasına olanak tanıyabilir.
