Kategori : ELECTRICITY ENERGY NEWS, ENERGY AGENDA NEWS, SOLAR ENERGY NEWS - Tarih : 13 January 2021
Avrupa Birliği, iklim krizi ile mücadele ve yeni büyüme stratejisi olarak ortaya koyduğu Avrupa Yeşil Mutabakatı (EU Green Deal) ile 2050 yılında Avrupa’yı iklim dostu bir kıta haline getirmeyi hedeflerken Avrupa Yatırım Bankası (AYB) ise 2022 yılından sonra fosil yakıt bazlı projeleri finanse etmeyeceğini ve çevre dostu projeleri destekleyeceğini açıkladı.
Bu gelişmeler ışığında enerji üretim sektöründe büyük bir değişiklik gerçekleşecek. En kritik değişikliğin, güneş enerjisi dahil yenilenebilir enerji kaynaklarına geçiş olacağı ve zaten oldukça fazla bir öneme sahip olan güneş enerjisi sektörünün daha da ön plana çıkmaya başlayacağı öngörülüyor. Bu 
sektörün en yoğun kullanım alanlarından biri olan fotovoltaik projeleri ve dolayısıyla fotovoltaik hücre teknolojileri bu değişikliğin merkezinde durmaktadır. Güneş hücrelerinin güç çıkışını terawatt ölçeğine yükseltmek için, daha çevre dostu, daha verimli ve daha geniş bir uygulama yelpazesi sunan teknolojiler, şu anda piyasaya hakim olan birinci nesil silikon bazlı güneş hücreleri ile birlikte geliştirilmelidir.
Kısaca tanımlarsak; Güneş hücresi, fotovoltaik etki prensibine göre çalışan, yani ışığı doğrudan elektrik akımına dönüştüren bir araçtır. Fotovoltaik hücreler, literatüre göre “birinci nesil, ikinci nesil ve üçüncü nesil” olarak üç başlık altında sınıflandırılmaktadır. Fotovoltaikler, yarı iletken malzemeler kullanarak yapılmaktadır. Fotovoltaik için en elverişli yarıiletken malzemeler olarak Silisyum (Si), Kadmiyum Tellür (CdTe), Galyum Arsenit (GaAs) gösterilebilir.
– Birinci nesil: Tek kristalli/mono kristal (c-Si) ve çok kristalli/poli kristal silisyum (mc-Si) olarak tanımlanırken,
– İkinci nesil: Düşük maliyetli-İnce Film Teknolojisi olarak adlandırılır ve Amorf Silisyum (a-Si), Bakır İndiyum Diselenid (CIS/CuInSe2), Bakır İndiyum Galyum Diselenid (CIGS) Kadmiyum Tellür (CdTe) başlıca ikinci nesil hücrelerdir,
– Üçüncü nesil: Nanokristal bazlı, Polimer bazlı, Boyaya duyarlı, Konsantre güneş hücreleri olarak adlandırılan yeni nesil hücrelerde Amerika’nın Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı-National Renewable Energy Laboratory (NREL) ve diğer merkezlerdeki güneş hücresi araştırmacılarının başlıca odağında olanlar ise Organik Boya Duyarlaştırıcılı Güneş Hücreleri, Perovskite Güneş Hücreleri (hibrit organik-inorganik malzemeler) ve Kuantum nokta (Quantum dot) güneş hücreleri olarak sıralanabilir.
Bu yeni nesil fotovoltaik (PV) teknolojiler, enerji üretim sektöründe daha düşük maliyetler, daha fazla üretim kolaylığı veya başka faydalar sağlayabilir. Henüz ticari kullanım seviyesinde olmasa da çift yüzeyli (bifacial) güneş enerjisi teknolojisi, konsantre fotovoltaik teknolojisi (CPV), solar kiremit ve şeffaf güneş panelleri konusundaki çalışmalar devam etmektedir ve bazı uygulamaları mevcuttur. Yüksek verimliliklerde çalışan yeni nesil hücre teknolojileri geliştirilmiştir, ancak bazı yarı iletkenler maddeler insan sağlığına ve doğaya zararlı olabilecek arsenit, kurşun, galyum, kadmiyum tellürid gibi kimyasal maddeler içerdiklerinden ve üretim maliyetlerinin fazla olmasından dolayı şu anda geniş çaplı ticari kullanımı bulunmamaktadır ve henüz bazı çalışmalar sonuçlanmadığından ötürü ar-ge çalışmaları hızla devam etmektedir.
NREL grafiğini incelediğimiz zaman yeni nesil hücre teknolojileri arasında multijunction/altı katmanlı tandem hücre (%47,1) hariç en yüksek verimlilik değerinin Perovskite hücreye (%29,52) ait olduğu görülmektedir. Günümüzde, ticari olarak kullanılan en verimli güneş paneli yaklaşık olarak %22 -23 civarında bir verime sahiptir. Pazar hakim olan ticari kullanım %90 civarında bir oranla hala silikon bazlı hücreler üzerindedir. Perovskite hücrelerinin araştırmasındaki başarılar, araştırma verimlilikleri son zamanlarda % 20‘nin üzerine çıktığı için kamuoyunda büyük ilgi görmektedir. Oxford PV, Aralık 2020’de %29,52 ile perovskite-silikon tandem hücre verimliliği için yeni bir dünya rekoru sahibi olmuştur. Tandem hücre verimliliği rekoru Ocak 2020‘de %29,15 olarak açıklanmıştı. Yeni rekorun, laboratuvar ortamında üretilen 1,12 cm²‘lik bir hücrede elde edildiği belirtilmiştir. Perovskite geliştiricisi Oxford PV, yakın gelecekte bu rekoru %30‘un üzerine çıkarmayı hedeflediklerini açıklamıştır.
Peki bu yüksek verimliliğe sahip perovskite hücre nedir?
Perovskite hücreleri ismini özel kristal yapılarından almaktadır ve organik kurşun bileşiklerinden ve klor, brom veya iyot gibi elementlerden üretilebilmektedir. Perovskite hücreleri, alt tabaka olarak bilinen altta yatan bir destek tabakası üzerine basılan, kaplanan veya vakumla bırakılan malzeme katmanlarıyla oluşturulmaktadır. Montajları kolaydır ve kristal silikona benzer verimliliklere ulaşabilmektedir. Perovskite hücreler yıllardır bilinmesine rağmen fotovoltaik malzeme olarak ilk kullanımları 2009 yılında olmuştur. Laboratuvarda, perovskite güneş hücre verimleri 2009’da %3‘ten 2020’de %25‘in üzerine çıkarak diğer tüm PV malzemelerinden daha hızlı artış göstermiştir.
Perovskite hücre ne açıdan avantajlıdır?
Diğerlerine hücre teknolojilerine kıyasla perovskite hücrelerin avantajları, kristale gelen güneş ışınlarının tümünü (spektrumunu) soğurup elektron akımına dönüştürebilmeleridir. Ayrıca, perovskite malzeme esnek bir yapıda olduğu için rulo halinde üretilebilmektedir bu da geniş bir düşük maliyetli uygulama yelpazesi sunar ve ticari olarak temin edilebilen silikon hücrelerinkine yakın (yüksek) verimliliklere sahip olabilirler. 2020’de yapılan bir araştırma, tüm perovskite tandemlerinin silikon – perovskite tandemlere göre çok daha düşük karbon ayak izine sahip olduğunu göstermektedir. Yani yeni nesil teknolojiler arasında çevre dostu olarak ön plana çıkmaktadır. Perovskite malzemeleri, tamamen yeni bir güneş hücresi türünün temeli olma veya genel hücre verimliliğini artıran bir katman olarak silikon güneş hücreleriyle birlikte çalışma potansiyeline sahiptir. Gitgide geliştirilmekte olan perovskite panellerine geleceğin panelleri olarak bakılmaktadır.
Perovskite hücre ne açıdan dezavantajlıdır?
Yüksek verimlilik değerlerine sahip olmalarına rağmen şu anda kısa bir ömürleri vardır. Henüz büyük bir kullanım sınırlamasına sahiptirler: Havada ve nemli havada parçalanabilirler, bu da büyük ölçekte üretimlerini zorlaştırır. Ticari olarak uygulanabilir olmaları için, Watt başına üretim fiyatının 40 Cent’in altına düşürülebilmesi ve perovskite PV hücrelerinin açık havada 20 yıl dayanabilecek kadar kararlı hale gelmesi gerekmektedir. Eğer bu gelişmeler sağlanırsa silisyumlu panellerin sonunun geleceği ve perovskite panellerin kullanımı başlayacağı öngörülmektedir. Perovskite panellerindeki kurşunun kapsüllenip çevreye ulaşmaması için çalışmalar yapılmaktadır. Kristaldeki kurşun azaltılır ya da yerine başka bir madde konursa kristalin verimi düştüğünden şimdilik tam verimli bir sonuca ulaşılmamıştır ama araştırmacılar onları daha dayanıklı hale getirmek ve büyük ölçekli, düşük maliyetli üretim teknikleri geliştirmek adına çalışmalarını sürdürmektedir.
Türkiye’de; Perovskite/ yeni nesil PV teknolojiler alanında başta Ege Üniversitesi – Güneş Enerjisi Enstitüsü ve ODTÜ-GÜNAM (Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Güneş Enerjisi Araştırma ve Uygulama Merkezi) olmak üzere çeşitli araştırma merkezleri ve firmalarda çalışmalar yürütülmektedir.
Ayşe ALTINIŞIK – Y. Enerji Sistemleri Müh. / Temiz Enerji Editörü – altinisik.ayse@gmail.com
Kaynakça:
http://gunam.metu.edu.tr/solar-tech/pv-cell-types/
https://www.nrel.gov/research/re-photovoltaics.html
