Anasayfa / Fizik / Geniş Bant Aralığına Sahip Yarı İletkenler Işığı Su Altında Toplayabilir
Organik bir güneş hücresi. Allison Kalpakci izniyle.

Geniş Bant Aralığına Sahip Yarı İletkenler Işığı Su Altında Toplayabilir

Çeviren: İbrahim Öksüz    Düzenleyen: Ümit Sözbilir

 

Geniş enerji bant aralığına sahip yarı iletkenlere dayalı güneş hücreleri geleneksel fotovoltaik aygıtlarda kullanılan dar bant aralığına sahip olanlara göre su altında daha iyi çalışıyor. ABD, New York Üniversitesi (NYU)’ndeki araştırmacılar tarafından elde edilen bu bulgu suya batırılabilen otonom araçlar ve duyaçlara güç sağlamada daha verimli güneş hücrelerinin geliştirilmesine yardımcı olabilir.

Su altı araçları uzun ömürlü güç kaynaklarının eksikliği nedeniyle uzun zaman çalışamaz. Şu anda bu araçlar genel olarak pillere, kıyı güç şebekesine olan bağlantılara ya da su üstünde konumlandırılmış -örnek olarak bir gemi üzerinde- güneş hücrelerinden elde edilen güce dayalıdır.

Yerleşik güneş panelleri, yardım gemileri ya da uzun dönem güç ihtiyacı olan kıyıdan çok uzaktaki araçlar için ilgi çekici bir alternatif olabilir, fakat silikona veya amorf silikona dayalı geleneksel güneş hücreleri su altı operasyonları için ideal olmaktan oldukça uzaktır. Sırasıyla yaklaşık 1,1 ve 1,8 eV’luk dar bant aralıkları sayesinde, bu hücre tipleri kırmızı ve kızılötesi ışığı büyük miktarda soğurabilmektedir. Ne yazık ki, sığ derinliklerde bile su da bu dalga boylarını soğurmakta oldukça iyi diye açıklıyor, çalışmanın baş yazarı Jason A Röhr.

Buna zıt olarak mavi ve yeşil ışığın (400-600 nm) su tarafından soğurulması daha zordur ve bu nedenle su yüzeyinin altında daha derinlere nüfuz edebilirler. New York Üniversitesi (NYU) Tandon Mühendislik okulunda André Taylor’un Dönüştürücü Materyaller ve Cihazlar Laboratuvarındaki Röhr ve meslektaşlarına göre, bu, su altında enerji sağlama konusunda geniş bant aralığına sahip yarı iletkenlerin daha uygun olduğu fikrini verdi.

Ayrıntılı denge modeli

Bu tip yarı iletkenleri daha fazla araştırmak için araştırma grubu farklı ışık soğurucu malzemelerin verim limitlerini ölçmek amacıyla dünya üzerindeki çeşitli okyanus ve göllerde bir ayrıntılı denge modeli kullandı. Bu model için, göreli olarak temiz ve ışığı iyi soğuran Atlantik ve Büyük Okyanustan kısımlar ve daha çalkantılı, daha kötü ışık soğurma karakteristiğine sahip olan Finlandiya’da bir göl seçildi.

Model, güç yoğunluğu çıkışının, Pçıkış, güneş tayfından elde edilen güç yoğunluğu girişine, Pgiriş, oranı olarak verilen bir su altı güneş hücresinin güç çevrim verimini hesaplıyor. Sonra, güneş hücresi akım yoğunluğu-gerilim (J-V) eğrisi üzerinde maksimum güç noktasından, Pçıkış=JmaksVmaks, çıkış gücünü hesaplıyor ve foton akı yoğunluğunu -bu, hücrenin yüzeyine çarpan fotonların sayısı olarak verilir- zaman üzerinden toplamı alınarak Pgiriş’i ölçüyor. Verilen bir soğurulma tayfı ile bir yarı iletkenin bilinen bant aralığı değerleri, deniz seviyesi altındaki derinlik ve su sıcaklığının birleştirilmesiyle araştırmacılar bir yarı iletken malzemenin farklı noktalarda ayrıntılı denge verim limitini elde ettiler.

Giriş verisi için araştırmacılar sadece ilgili tayfsal bölgeyi kapsayan değil fakat aynı zamanda dünya üzerindeki birçok bölgeyi temsil eden ışık soğrulma tayfını ortaya çıkarmak için 400’den fazla yayınlanmış makaleyi gözden geçirdiler. “Sadece en temiz suları dikkate almadığımızdan emin olmak istedik” diye açıklıyor Röhr.

Joule’de detayları verilmiş olan hesaplamalar, iki metrelik bir derinlikte 1,8 eV’luk bant aralığına sahip güneş hücresi soğurucuların en iyi şekilde çalışacağını, 50 metrelik derinlikte ise 2,4 eV’luk bir bant aralığının en uygun değer olduğunu ortaya çıkardı. Aygıt 5 mW/cm2’den daha büyük bir güç üretirken, denge veriminin sığ sularda %55 ile daha derin sularda %65’ten daha yüksek bir değer arasında değiştiğine ulaşıldı. Araştırmacılar bu verim değerlerinin soğuk suda yükseldiğini ve hem denge veriminin hem de güç çıkışının coğrafi konumdan bağımsız olduğunu buldular. Bu iyi bir haber çünkü; güneş hücrelerinin konumlardan daha çok belirli çalışma derinliklerine uyarlanabileceği anlamına geliyor.

Bu grafik bize, su altı güneş pillerinin en temiz sularda %65’e kadar verimlilikte nasıl faydalı güç üretebileceğini göstermektedir. (Kaynak: Joule)

 

En iyi su altı yarı iletkeni

Pekâlâ, hangi tip yarı iletkenler bu gereksinimlere en uygun olabilir? Röhr’e göre iyi adaylar, hafif, üretimi ucuz ve düşük ışık koşulları altında iyi çalışan organik malzemelerden yapılan güneş hücrelerini kapsamaktadır. Örnek olarak poli (3-hex-ylthiophene-2,5-diyl) (P3HT) 2,1 eV civarında bir bant aralığına sahip, kolayca büyük miktarlarda üretilebilir ve sığ sularda mükemmel bir şekilde çalışabilir. Rubren (2,2 eV’luk bir bant aralığına sahip) ve pentasen (2,2 eV) büyük derinliklerde iyi çalışırken aynı şekilde poli (p-fenilen vinilen) türevleri (2,3-2,4 eV) de derin sularda iyi bir performans gösterecektir.

Alternatif olarak, periyodik cetvelin III ve V gruplarındaki elementlerden oluşmuş üçlü ve dörtlü kadmiyum çinko tellür (CZT), bakır çinko antimon sülfit (CZAS), AlGaAs, InGaP ve GasAsP gibi alaşımlar da ayarlanabilen bant aralıklarına sahip olduklarından ve böylece farklı derinliklerde ışığı daha verimli bir şekilde soğurabilmek için uyarlanabileceklerinden iyi yarı iletken adayları arasında gösterilebilir.

Su altında güneş ışığı toplayan malzemelerin bileşimi geleneksel güneş hücrelerinden farklı olurken, genel tasarımları değişime o kadar da ihtiyaç duymayacaktır, diye aktarıyor Röhr. Açıkça su geçirmez ve deniz ortamında uzun süreler kararlı kalmalılar, fakat araştırmacılar silikon güneş panellerinin sarmalanabileceğini ve güç çevriminde önemli ölçüde kayba uğramaksızın aylarca su altında kalabileceğini halihazırda gösterdi. Benzer sarmalama teknikleri bundan dolayı geniş bant aralığına sahip yarı iletkenlerden yapılmış güneş hücrelerini kararlı halde tutmak için kullanılabilir.

Röhr, “Alternatif olarak, organik güneş hücrelerinin, malzemelerin üst yüzeyinden elektron alıcısını seçici olarak ayırarak suya daha dirençli olduğunu kısa süre önce gösterdik,” diyor Physics World’e.  “Bununla birlikte, hala bu tip hücrelerin geleneksel silikon tabanlı hücrelerden daha verimli olduğunu göstermemiz gerekiyor.”

Röhr, silikonun maliyet ve verimi rekabete oldukça dayalı olduğundan bunun kolay bir görev olmayacağını kabul ediyor. Bununla birlikte, yeni malzemelerin sürekli olarak geliştirildiğini ekliyor ve bu sonuçlarını su altı hücreler için de yeni malzemeler arama konusunda diğer araştırma gruplarına ilham olacağını umut ediyor.

 


 

Kaynak: https://physicsworld.com/a/wide-band-gap-semiconductors-could-harvest-sunlight-underwater/

Yazar: ibrahim oksuz

Ayrıca Kontrol Ediniz

Gökadamızın Karadeliğine Yakın Bir Yıldızın Yörüngesi Einstein’ı Haklı Çıkardı

Çeviren: İbrahim Öksüz    Düzenleyen: Ümit Sözbilir   Gökadamızın süper kütleli karadeliğine yakın konumda hareket …

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

google piç google piç google piç google piç google piçgoogle piç google piç google piç google piç google piç google piç google piç terör terör terör terör terörterör child porno watch child porno watch child porno watch child porno watch child porno watch