Pencereleri enerji jeneratörlerine dönüştürebilecek buluş

bilim insanları tarafından geliştirilen yeni bir ultra ince şeffaf güneş hücresi türüyle bu tür uygulamalar daha uygulanabilir hale gelebilir . Doçent Annalisa Bruno liderliğindeki NTU araştırmacıları, insan saçından yaklaşık 10.000 kat daha ince ve geleneksel perovskit güneş hücrelerinden yaklaşık 50 kat daha ince perovskit güneş hücreleri ürettiler. İnce olmalarına rağmen, bu cihazlar bugüne kadar ultra ince perovskit güneş hücreleri için bildirilen en yüksek güç dönüşüm verimliliklerinden bazılarına ulaştı. Yakın zamanda ACS Energy Letters adlı bilimsel dergide yayınlanan bulguları, binalara, araçlara ve giyilebilir cihazlara görünümlerini önemli ölçüde değiştirmeden entegre edilebilen güneş hücrelerinin önünü açabilir. Yeni güneş hücreleri yarı saydam ve renk nötr olduğundan, bir binanın görünümünü önemli ölçüde değiştirmeden pencerelere ve cephelere entegre edilebilirler. 

NTU Fizik ve Matematik Bilimleri Okulu ve Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Okulu'ndan Doçent Bruno, “Yapılı çevre, küresel enerji tüketiminin yaklaşık yüzde 40'ını oluşturuyor; bu nedenle binaların yüzeylerini sorunsuz bir şekilde enerji üreten varlıklara dönüştüren teknolojiler giderek daha acil hale geliyor” dedi. “ Perovskit güneş pillerimiz, nispeten düşük sıcaklıklarda basit işlemler kullanılarak üretilebildikleri için belirgin avantajlar sunuyor.

Ayrıca şeffaf kalırken belirli dalga boylarını emmek üzere ayarlanabiliyorlar ve potansiyel olarak geniş alanlara ölçeklendirilerek karbon ayak izlerini azaltabiliyorlar” diye ekledi Prof. Bruno, aynı zamanda NTU Enerji Araştırma Enstitüsü'nde (ERI@N) Yenilenebilir ve Düşük Karbonlu Çözümler ve Enerji Depolama Küme Direktörü . Geleneksel silikon güneş pillerinin aksine, bu perovskit tabanlı cihazlar, dolaylı güneş ışığı ve dağınık ışık koşullarında bile elektrik üretebiliyor. Bu da, dikey bina yüzeylerinin ve sık bulut örtüsünün doğrudan güneş ışığına maruz kalmayı sınırladığı Singapur'un kentsel ortamı için özellikle uygun hale getiriyor. Örneğin, benzer performansı koruyarak teknoloji ölçeklendirilirse, büyük cam cepheler güneş enerjisi üretimi için aktif yüzeylere dönüştürülebilir. Ön tahminler, Raffles Place veya Marina Bay'deki bir ofis kulesi gibi büyük bir cam cepheli binaya uygulanmasının teorik olarak yılda birkaç yüz megawatt-saat elektrik üretebileceğini göstermektedir.

Kullanılabilir cam alanına ve bina yönüne bağlı olarak, bu enerji üretim seviyesi yaklaşık 100 adet dört odalı HDB dairesinin yıllık elektrik tüketimine eşdeğer olacaktır.

Neredeyse görünmez güneş pilleri üretimi:

Perovskit güneş pilleri, güneş ışığını emen ve elektriğe dönüştüren bir yarı iletken katman da dahil olmak üzere çeşitli katmanlardan oluşur.

Ultra ince pilleri üretmek için NTU ekibi, termal buharlaştırma olarak bilinen endüstriyel olarak uyumlu bir yöntem kullandı. Bu işlemde, kaynak malzemeler buharlaşana kadar bir vakum odasında ısıtılır. Buhar daha sonra bir yüzeye yerleşir ve ince bir film oluşturur.

Bu yöntem, çok ince ve homojen perovskit katmanlarının geniş alanlara kaplanmasını sağlar. Ayrıca zehirli çözücülerin kullanımını önler ve güneş pillerindeki kusurları azaltmaya yardımcı olarak ışığı elektriğe dönüştürme yeteneklerini geliştirir.

Araştırmacılar, işlemi ayarlayarak perovskit katmanının kalınlığını kontrol edebildiler ve hem opak hem de yarı saydam cihazlar oluşturabildiler.

Ekip, ultra ince perovskit güneş pillerinin tamamen vakum tabanlı işlemler kullanılarak üretildiği ilk örnek olduğuna inanıyor. Bu, teknolojiyi gelecekte büyük ölçekli endüstriyel üretim için daha uygun hale getirebilir.

Araştırmacılar, bu tekniği kullanarak, güneş pili performansını korurken 10 nanometreye kadar ultra ince perovskit soğurucu katmanlar ürettiler.

Saydam olmayan cihazlarda, hücreler sırasıyla 10, 30 ve 60 nanometre kalınlığındaki perovskit katmanları için yaklaşık %7, %11 ve %12'lik güç dönüşüm verimliliklerine ulaştı. 

60 nanometre kalınlığında bir perovskit katmanına sahip yarı saydam bir hücre, görünür ışığın yaklaşık %41'inin geçmesine izin verirken, güneş ışığını %7,6 verimlilikle elektriğe dönüştürdü.

Araştırmacılar, bunun benzer malzemelerle üretilen yarı saydam perovskit güneş hücreleri için bildirilen en iyi performanslardan biri olduğunu söyledi.

Bu, güneş ışığının geçmesine izin verirken aynı zamanda faydalı miktarda elektrik üretmeyi sağlayacak; bu da güneş pencereleri, cam cepheler ve renkli bina yüzeyleri gibi uygulamalar için önemlidir.

Makalenin ilk yazarı, NTU Enerji Araştırma Enstitüsü , Fizik ve Matematik Bilimleri Fakültesi ve Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Fakültesi'nde eski doktora öğrencisi olan Dr. Luke White şunları söyledi: “Termal buharlaşmayı hassas bir şekilde kontrol ederek, güneş pillerinin şeffaflığını ayarlayabiliyoruz. Bu, elektrik üreten renkli camlar gibi sürdürülebilir mimari için yeni olanaklar açıyor.” Bağımsız bir yorumda bulunan Cambridge Üniversitesi Kimya Mühendisliği ve Biyoteknoloji Bölümü Enerji Malzemeleri ve Optoelektronik Profesörü Sam Stranks ise şunları söyledi: “Bu yaklaşım, yarı saydam güneş pillerinin daha geniş alan uygulamalarına doğru ilerlemesi için gerekli olacak film kalınlığı ve homojenliği üzerinde yüksek düzeyde kontrol sağlıyor.” “Yarı saydam perovskit güneş pilleri, pencereler, cepheler ve hafif elektronikler gibi geleneksel silikon panellerle kullanılması zor olan yüzeylerden enerji elde etmenin heyecan verici bir yolunu sunuyor. Burada bildirilen sonuçlar, çok ince cihazlarda şeffaflık ve güç üretimi arasında umut verici bir denge gösterirken, bir sonraki kritik testler daha geniş alanlarda uzun vadeli kararlılık, dayanıklılık ve performans olacaktır,” diye ekledi. Sürdürülebilir şehirleri  güçlendiren Prof. Bruno, perovskit güneş pilleri alanında bir öncüdür. Daha önceki termal buharlaştırma yöntemiyle üretilen perovskit güneş pilleri üzerine yaptığı çalışmalar, perovskit güneş pilleri alanını ilerleterek ve endüstriyel benimsemenin yolunu açarak ölçeklendirilmiştir.  Yenilikleri , araştırma ekiplerinin umut vadeden fikirleri laboratuvarlardan ticarileştirmeye hızlandırmasına ve dönüştürmesine yardımcı olan  NTU İnovasyon ve Girişimcilik girişimi tarafından desteklenmektedir . Yeni bir yapıda ultra ince perovskit filmlerin geliştirilmesi için NTUitive (Üniversitenin inovasyon ve girişimcilik şirketi) aracılığıyla bir patent başvurusu yapılmıştır.

Araştırmacılar, bu çalışmada kullanılan termal buharlaştırma sürecini doğrulamak ve standartlaştırmak için şirketlerle görüşmeler yapıyor. Ayrıca, ticari olarak kullanıma sunulmadan önce perovskit güneş pillerinin uzun vadeli kararlılığını, dayanıklılığını ve geniş alan performansını iyileştirmek için de çalışacaklar.

Şehirler yoğunlaştıkça ve elektrik talebi arttıkça, binalar giderek sadece enerji tüketicisi olarak değil, aynı zamanda potansiyel temiz enerji kaynakları olarak da görülüyor.

Güneş panelleri zaten çatılarda yaygın olarak kullanılıyor. Ancak pencereler ve cam cepheler de dahil olmak üzere binaların dikey yüzeyleri büyük ölçüde kullanılmamış durumda.

Bu atılım, bina pencerelerinden araçlara ve giyilebilir elektroniklere kadar günlük yüzeylere entegre edilebilen şeffaf güneş pillerine doğru önemli bir adımı işaret ediyor ve şehirlerin ek araziye ihtiyaç duymadan daha fazla temiz enerji üretmesine yardımcı oluyor.