Berkeley Laboratuvarı araştırmacıları, silikon nanotellerin dikey dizelerin kullanımı sayesinde fotovoltaik hücrelerde daha iyi bir yolla tuzaklamayı buldular. Bu, büyük ölçüde verimli güneş panelleri için ihtiyaç duyulan silikonun kalitesinin ve miktarının indirgenmesiyle elektrik gücü üretme maliyetlerinin düşürülmesi sağlanabilir.
Bu fotovoltaik hücre ayrı ayrı sıralanmış 36 silikon nanotel özelliği gösteren radyal p-n eklemlerden oluşmaktadır. Renk dağılımı ise tüm yüzey üzerinde mükemmel bir periyodikliğe sahiptir görüldüğü gibi. (Photo from Peidong Yang)
Silikondan yapılan güneş hücrelerin gelecek yenilenebilir yeşil enerji dengesinde önemli bir etken olacağı tahmin ediliyor ama şimdiye kadar var olan umutların çoğu gerçeğe yansıtılamadı. Şimdiki silikon fotovoltaikler, güneş ışığını elektriğe dönüştürmede etkili olarak yüzde 20 verimlilğe sahip iken bu güneş gücünün maliyeti geniş ölçek kullanımı için satın alınmasını imkansız kılacak derecede pahalıdır. Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı (Berkeley Laboratuvarı) ile araştırmacılar, bu yüksek maliyeti düşürebilen yeni bir yaklaşım geliştirdiler. Onların başarısındaki anahtar, güneş ışığının tuzaklanmasında daha iyi bir yol bulmak oldu.
Dikey silikon nanoteller dizilerinden oluşan ince filmlerin fabrikasyonu sayesinde Berkeley Laboratuvarı’ndaki çalışmalar sırasında üretilen güneş hücrelerinde güneş ışığının tuzaklanmasında artış görüldü. Fabrikasyon tekniğinden beri bu olağandışı artan güneş ışığı tuzaklanmasının ardında görece basit ve ölçeklenebilir su içeren kimyasal süreçler vardır, Berkeley Laboratuvarı’ndaki araştırmacılar, kendi yaklaşımları için düşük maliyetli, yüksek verimli ince film güneş hücrelerine doğru ekonomik olarak geçerli bir yol olduğunu düşünüyorlar.
Bu yarıiletken nanoteller, bir insan saçının sadece binde biri genişliğinde ölçülen malzemelerin bir boyutlu çubukları (dilimleri) olarak düşünülebilir nanoölçekte.
Tipik güneş hücreleri, güneş ışığını en iyi absorbe edebildikleri yaklaşık 100 mikrometre kalınlığını gerektiren çok pahalı ultrasaf tek kristal silikon waferlardan yapılırlar, oysa bu yeni yaklaşımla sadece 8 mikrometre kalınlığa sahip silikon filmlerden üretilen nanotel dizeleri ile verimli olarak ışık tuzaklanabilmesi radyal geometriden ötürü sağlanabiliniyor. Bundan başka bu yeni yaklaşım ultrasaf silikon kristallerden ziyade daha az saflıktaki silikonun kullanılmasına izin veriyor ve bu elbette maliyeti düşürücü bir etki olarak göze çarpıyor.
Bu çalışma “Light Trapping in Silicon Nanowire Solar Cells” başlığı ile Nano Letters’da yayınlandı.
Güneş Işığından Elektrik Üretilmesi
Tüm güneş hücrelerin kalbinde, iki ayrı malzeme katmanı vardır, biri elektronların bol olduğu fonksiyonel olarak negatif kutup ve diğeri elektron deşiklerin bol olduğu fonksiyonel olarak pozitif kutup. Güneş’ten gelen ışınlardan fotonlar absorbe edildiği zaman, onların enerjisi elektron-deşik çiftlerin oluşumunda kullanılır ve bu çiftler iki katman arasındaki arayüzeyden ayrıştıktan sonra elektrik olarak birikirler.
Üstün foto-elektronik özelliklerinden dolayı fotovoltaik yarıiletken seçiminde silikon ilk akla gelir ama artan talep karşısında ham malzemenin fiyatı yükselmiştir. Üstelik, yüksek seviye kristal saflaştırma gerektiğinden dolayı en basit silikon tabanlı güneş hücresinin fabrikasyonu dahi karmaşıktır, yoğun enerji ve pahalı süreç…
Berkeley Laboratuvarı araştırmacıları geleneksel düz p-n eklemlerinden ziyade nanoyapılı radyal p-n eklemlerin dikey dizelerini kullanmalarıyla silikon için kalite ve miktar gereksinimlerinin her ikisini de indirgeyebildiler. Bir radyal p-n ekleminde, bir n tipi silikon tabakası bir p-tipi silikon nanotel çekirdek etrafından bir kabuk oluşturur. Sonuç olarak, foton uyarımlı elektronlar ve deşikler, elektroda daha kısa mesafelerde ulaşırlar, tipik bir silikon güneş hücresinde sıkça ortaya çıkan yük-taşıyıcı tıkanıklığı engellenerek.
Bu yeni yaklaşımın var olan güneş paneli ticari süreçlerinde de kullanılabileceği belirtiliyor.
Hazırlayan: Gökhan Atmaca | KuarkMNB
Kaynak: http://www.physorg.com/news186850199.html
