Tandem Güneş Pilleri – Silikonlu Çok Kavşaklı Güneş Pili için Rekor Verimlilik

Tandem Güneş Pilleri – Silikonlu Çok Kavşaklı Güneş Pili için Rekor Verimlilik

Günümüzde fotovoltaik piyasaya silikon tabanlı güneş pilleri hâkimdir, ancak teknoloji tek emici malzeme olarak silikonla elde edilebilecek teorik maksimum verime yaklaşmaktadır. Öte yandan Tandem güneş pilleri, güneş ışınımı spektrumunun daha iyi bir enerjisel kullanımını mümkün kılmak için çeşitli güneş ışığı emici malzemeleri birleştirir. Yüksek verimlilik potansiyelleri nedeniyle tandem güneş pilleri gelecek vaat ediyor. Yoğun bir araştırmadan sonra Fraunhofer ISE’deki bilim adamları, ortaklarla işbirliği içinde, silikon ve III-V yarı iletken malzemelerden yapılmış çok kavşaklı(bağlantılı-jonksiyonlu) bir güneş pili için yüzde %22,3’lük yeni bir verimlilik rekoru elde ettiler. Olağanüstü başarı, III-V katmanlarının doğrudan silikon üzerinde büyütülmüş olmasıdır.


© Fraunhofer ISE/ A. Wekkeli

Silisyum ve III-V yarı iletken malzemelerden oluşan tandem güneş pili sayesinde, günümüzde mevcut geleneksel güneş pilleriyle karşılaştırıldığında, güneş enerjisinin daha enerji verimli bir şekilde kullanılması mümkündür.


En İyi Malzemeleri Birleştirmek
Güneş hücresi araştırmacıları, farklı yarı iletken malzemeleri birleştirerek, tek kavşaklı bir silikon güneş hücresi için % 29,4’lük teorik verimlilik sınırını aşmaya ve güneş ışığını daha verimli bir şekilde elektriğe dönüştürmeye çalışıyor. Gelecek vadeden, silikon malzemenin galyum arsenit gibi III-V yarı iletken bileşiklerle birleşimidir. Bunu gerçekleştirmek için bir yaklaşım ilk önce III-V güneş pili hücre yapılarını galyum arsenit alt katmanlarında biriktirmek, ardından yarı iletken birleştirme teknolojisi kullanarak bir silikon solar hücreye transfer etmek ve en sonunda galyum arsenit altlıklarını aşındırmaktır.  Bununla birlikte, daha az maliyetli bir yaklaşım ise silikon güneş pili üzerindeki III-V katmanlarını doğrudan yerleştirmektir. Bu ikinci yaklaşımda, yerleştirme esnasında atomik yapının son derece iyi kontrol edilmesi gerekir; böylece galyum ve fosfor atomları silikon malzemenin ara yüzünde doğru kafes bölgelerine karşılık gelir. Ayrıca kristal kafesteki atomlar arasındaki mesafe, galyum arsenit malzemesinin üretilmesi için arttırılmalıdır. Araştırmacılar bu zorluklar üzerinde on yıldan fazla bir süredir çalışıyorlar. Artık silikondaki III-V yarı iletken tabakalarındaki hata yoğunluğunu büyük ölçüde azaltabildiler ve bu doğrudan yerleştirme yaklaşımını kullanarak %22,3’lük yeni verimlilik rekoruyla başarılı bir şekilde bir III-V / Si tandem güneş hücresi ürettiler. Verimlilik değeri, 25 Aralık 2018’de dünya çapında en iyi araştırma hücresi verimliliğinin uluslararası kabul görmüş tablosunda yayınlandı.

Fraunhofer ISE Enstitü Müdürü Dr. Andreas Bett, “III-V yarı iletkenlerinin silikon üzerindeki doğrudan büyümesi için tandem güneş hücreleri için önemli bir araştırma yaklaşımı olan bu sonuçtan memnunuz” diyor. “Freiburg’da şu anda yüksek verimli güneş pilleri için yeni bir araştırma merkezi inşa ediyoruz. İkili hücrelere ilişkin çalışmalarımız 2020 yılında tamamlandığında yeni tesislerde gerçekleştirilecektir. Geliştirilmiş teknik altyapı sayesinde, silikonlu çok bağlantılı güneş pillerindeki gelişmelerin hızla hızlanmasını bekliyoruz. ”dedi.


© Fraunhofer ISE
Yeni III-V / Si tandem güneş pilinin% 22,3 verimle akım-gerilim özelliği. III-V tabakaları epitaksiyel bir işlemde doğrudan silikon taban hücresinde biriktirildi. Kristal yapılardaki atomlar arasındaki atomik bağın eşleşmesi için, Si ve GaA’lar arasında bir çekirdeklenme galyum-fosfit (GaP) tabakası ve sözde metamorfik bir tampon yerleştirildi. Bu geçiş katmanlarını optimize etmek bu projede ana zorluk oldu.

Geçtiğimiz yıllardaki MehrSi projesi kapsamında, silikon kristali ve ilk III-V yarı iletken galyum fosfit tabakası arasındaki bağlantı, TU Ilmenau’daki Prof. Thomas Hannappel’in ve Marburg’daki Philipps Üniversitesi Prof. Kerstin Volz’un araştırma gruplarıyla yakın işbirliği içinde araştırıldı ve sürekli olarak en iyi hale getirildi. Kristal yapıdaki kusurlar önce görünür hale getirildi, ardından adım adım azaltıldı. MehrSi projesinin yürütücüsü Dr. Frank Dimroth, “III-V / Si tandem güneş pilimizin rekor verimliliği, malzemeleri çok iyi anladığımızı gösteriyor” dedi. III-V katmanlarının silikonda doğrudan başarılı bir şekilde yerleştirilmesiyle üstbırakım için pahalı III-V alt katmanları kullanmaktan kaçınabiliriz. Bu nedenle, bu yaklaşım gelecekte yüksek verimli tandem güneş pillerinin düşük maliyetli üretimi için kilit bir teknolojidir. ”

Silikonda rekor çok kavşaklı güneş hücresinin yaratıldığı MehrSi projesi, Alman Federal Eğitim ve Araştırma Bakanlığı BMBF tarafından finanse edildi. Proje ortakları TU Ilmenau, Marburg Philipps Üniversitesi ve sistem üreticisi AIXTRON SE idi.

Asıl Metin: https://www.ise.fraunhofer.de/en/press-media/press-releases/2019/photovoltaic-trend-tandem-solar-cells-record-efficiency-for-silicon-based-multi-junction-solar-cell.html

Düzenleyen: Ümit Sözbilir

Bu içeriğe emoji ile tepki ver
5 kullanıcı tepki verdi
BilimTreni sitesinde ve Gelecekbilimde Kanalında Kurucu/Yönetici. https://www.linkedin.com/in/burakcankaya/
Bunlar da ilginizi çekebilir
Benzer yazıları okuyabilirsiniz.
 
Cep Telefonu Kanser Yapar Mı? -1
  • 19 HAZİRAN 2019
  • 114 görüntülenme
1 Yorum
Yorumları okuyabilir ve cevaplayabilirsiniz.
MURAT YÖRÜK
4 ay önce

Güzel olmuş size katılıyorum hacteki uygulamasını da bundan böyle kullanıcam teşekkürler. Bilgi kirliliğinden bende sıkılmış dım. MURAT YÖRÜK

Yorum Yazın
E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlendi.

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