Güneş Pilleri (Hücreleri)
İngilizce olarak “photovoltaic” şeklinde ifade edilen fotovoltaik piller, Türkçe’ye güneş pilleri olarak geçmiş olsa da bir pil gibi çalışmamaktadır. Bildiğiniz üzere piller depolanan kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür oysa güneş hücreleri veya güneş gözeleri diye tabir edebileceğimiz fotovoltaik piller Güneş’ten/gün ışığından yararlanır. Güneş’in yaydığı radyasyon foton denen parçacıklar olarak hareket eder yani yayılır. Foton denen parçacıklar ışık hızında hareket ederler.
(U.S. Air Force photo/Lance Cheung)
Güneş hücrelerinin bildiğimiz pillerden en büyük farklarından biri daha uzun ömürlü olmalarıdır. Bir güneş hücresi yaklaşık 20-25 yıl ömre sahiptir.
Güneş hücreleri yarıiletken malzemelerden oluşur. Bu malzemeler kristal veya ince film halinde silikon olurken ince film halinde germanyum gibi malzemeler de kullanılmaktadır. Ayrıca GaAs gibi bileşik yarıiletken malzemeler ile güneş hücreleri üretilmektedir. Özellikle kristal silikonlar kullanılmaktadır ve bunun sebebi daha ucuz imal edilmesidir.
Güneş Pillerinin (Hücrelerinin) Kısa Tarihi
Fotovoltaik etkisini ilk olarak 1839 yılında Fransız Fizikçi Alexandre-Edmond Becquerel incelemiştir. 1883 yılında Charless Fritts tarafından ilk güneş hücresi üretilmiştir. Üretilen bu güneş hücresi altın tabakaların yarıiletken selenyum malzemesi ile kaplanarak yapılmış olup %1’lik verime ulaşabilmiştir. Russell Ohl, 1946 yılında modern güneş hücrelerinin patentini almıştır. 1954 yılında Bell Laboratuvarı’nda yarıiletken malzemelerle deney yapılırken kazara silisyumun güneş hücreleri için iyi bir malzeme olduğu bulundu ve modern güneş gücü teknolojisine ulaşmak için ilk adım atılmıştır.
Bu çalışmaların neticesi hemen hissedilmeye başlanmıştı. Rusya 1957 yılında uydu programını başlattı ve Birleşik Devletler de yapay uydu programı 1958 yılında Peter Iles’in liderliğini yapığı Hoffman Elektronik tarafından güneş pillerinin üretimi ile başlatılmıştır. 1 Ocak 1958’de güneş panelleri, ilk uzay aracı olan Explorer’da kullanılmıştır. Böylece güneş pillerinin gelişmesi başka büyük gelişmelere de yol açmıştı. Kısacası güneş hücresi üretimi uzay araştırmalarında azımsanamayacak bir etki bırakmıştır.
1970 yılında Sovyet Rusya (SSCB)’dan Zhores Alferov tarafından ilk kez GaAs (Galyum Arsenik) katkılı güneş hücreleri üretildi. Metal Organik Kimyasal Buhar Katkı (Metal Organic Chemical Vapor Deposition- MOCVD) ile üretilen malzemelerinin 1980’lere doğru ancak geliştirilmesine kadar şirketlerin GaAs katkılı güneş hücrelerinin üretimi sınırlıydı. Amerika Birleşik Devletleri’nde 1988 yılında Güneş Enerjisi Uygulamaları Kurumu (ASEC) tarafından %17 verimli tek eklemli GaAs katkılı gibi niceliklere sahip güneş hücrelerini üretti. Çift eklemli GaAs katkılı güneş hücreleri ise çok geçmeden 1989 yılında yine aynı kurum tarafından GaAs’in dışında Germanyum yarıiletken malzemesini de kullanarak elde etmiştir. 1993 yılında Amerika Birleşik Devletleri uzay araçlarında ASEC’in ürettiği çift eklemli, verimi %20 olan güneş hücrelerini kullanırken, AM0 üretimi tek eklemli GaAs katkılı güneş hücresinin verimi %19’a ulaşabilmiştir. Uzay araçlarında kullanılan güneş hücreleri GaAs tabanlı olmasına karşın ikinci bir hücre olarak Germanyum katkılıdır. Sonunda çift eklemli GaAs katkılı güneş hücrelerinin verimi %22’ye ulaşmıştı. AM0 tipi üç eklemli güneş pillerinin yaklaşık verimleri 2000’de %24, 2002’de %26, 2005’de %28 ve 2007’de %30’a ulaşmıştır. 2007 yılı içerisinde iki Amerikan şirketi Emcore Photovoltaics ve Spectrolab’ın ürettiği verimi %28 olan güneş pilleri ile dünyada güneş pili üretiminin %95’ini sağlamışlardır.
Güneş hücrelerinin yakın zamanımıza kadar olan gelişimi oldukça kısa bir şekilde böyledir. Uzay araştırmalarına yönelik ihtiyaçların yanı sıra günümüz enerji ihtiyacının giderek artması bu alandaki gelişmeleri zorunlu kılmaktadır. Ancak bu alandaki gelişmeler parasal anlamdaki bir itici güçten ziyade teknolojik gelişmeye, inovasyona ve yeni fikirlere ihtiyaç duymaktadır. Bu nedenle güneş hücresi üzerine gelişmelerin nasıl süreceği tahmin edilmesi zor bir konudur. Diğer taraftan şu an ki ve yakın gelecekteki durumlar itibariyle elektrik enerjisinde artan tüketime karşın güneş hücreleri yoluyla üretilen elektrik ile bu tüketimin önüne geçilmesi pek mümkün görülmemektedir.
Gökhan Atmaca | http://twitter.com/kuarkatmaca / Tarih: 07.06.08
Kuark Moleküler NanoBilim Araştırma
Kaynaklar:
- http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_cell
- http://tr.wikipedia.org/wiki/G%C3%BCne%C5%9F_pili
- http://www.biltek.tubitak.gov.tr/merak_ettikleriniz/index.php?kategori_id=5&soru_id=2223
- http://tr.wikipedia.org/wiki/Silikon
- http://en.wikipedia.org/wiki/Heterostructure
