Kategori : ENERJİ GÜNDEMİ, GÜNEŞ ENERJİSİ - Tarih : 25 Eylül 2018
Güneş enerjisiyle elektrik üretimi, fosil kaynakların sınırlı kaynaklar olması ve sebep oldukları çevre sorunları nedeniyle, günümüzün ve geleceğin en önemli teknolojilerindendir. Güneş enerjisinden doğrudan elektrik üreten sistemler fotovoltaik (PV) sistemler olarak adlandırılır. Bir PV sistemin en önemli elemanı ‘güneş hücresi’ olarak bilinir ve verimliliğini artırmak amacıyla yapılan çalışmalar güneş hücresi üzerinde ar-ge yapılarak gerçekleştirilir.
Verim ve tasarruf kelimeleri enerji sistemlerinde çok önemli iki kavramdır. Güneş pilinin verimi, standart koşullar altında elde edilen elektrik gücünün gelen ışınım gücüne olan oranıdır. Standart koşullar belirli bir ışınım gücü (1000W/m2 ), ışığın içinden geçtiği atmosfer kalınlığı (AM 1,5) ve güneş 
hücresi sıcaklığı (25oC) olarak tanımlanır. Güneş hücresinin verimliliğini artırmak için akım-gerilim karakteristiğini(I-V eğrisi) iyileştirmek gerekir. I-V eğrisi ile elde edilen maksimum güç noktası modül veya panelin nominal gücünü tanımlar.
Günümüzde güneş hücresi teknolojilerini birinci jenerasyon, ikinci jenerasyon ve üçüncü jenerasyon olarak kategorize ediyoruz. Fotovoltaik güneş enerjisi deyince akla ilk gelen, kristal silisyum teknolojisidir. Bu teknoloji birinci jenerasyon olarak bilinir. Yerkabuğunda en çok bulunan ikinci element olan silisyum, ucuz ve verimli güneş gözeleri üretmek için kullanılır. Piyasada çoğunlukla birinci jenerasyon olan monokristal ve polikristal hücrelerden oluşan paneller kullanılmaktadır. Geleneksel silisyum güneş pillerinin verimi %15-25 civarındadır.
İkinci jenerasyon, ince film teknolojisidir. İnce film teknolojisi, kullanılan malzemelerin farklılığından dolayı üç farklı grupta incelenir. İlk olarak amorf silisyum (a-Si) yada a-Si/mikrokristalSi ince film güneş gözelerinden bahsedersek, en eski ve en bilinen ince film teknolojisidir. Bu hücreler p-i-n tabakalarından oluşurlar. Burada i bölgesi ışığın asıl soğurulduğu bölgedir. Verimleri %13 seviyelerine ulaşmıştır.
İkinci grup kadmiyum sülfür/kadmiyum tellür(CdS/CdTe) güneş hücreleridir. CdS/CdTe ekemi akım oluşması için gerekli akım potansiyelini sağlar. CdTe güneş hücrelerinin verimi %15-21 değerleri civarındadır ve panel maliyeti dünyadaki tüm teknolojiler arasında en düşük seviyededir. CdS/CdTe ile ilgili en büyük endişe, Cd elementinin zehirli olmasıdır. Ancak konunun uzmanları CdS ve CdTe bileşiklerinin zehirsiz olduğunu vurguluyor. CdTe’nin ince film teknolojisinde çok iyi bir aktif madde olarak kullanılmasını sağlayan dört önemli özelliğinden bahsedersek;
– CdTe malzemenin en duyalı oluğu bölge, güneş ışığı tayfının en güçlü olduğu dalga boylarına karşılık gelir.
– CdTe’ün elektronik yapısı ışığın çok güçlü biçimde soğrulmasını sağlar.
– CdTe üretimi kolaydır. Cd ve Te kolaylıkla CdTe oluşturur.
– Düşük maliyetli üretime uyan, basit biriktirme ve kaplama teknikleri geliştirilmiştir.
Bakır indiyum galyum ve selenyum –CuInGase-(CIGS) üçüncü grup ince film teknolojisidir. Dört elementli bu yarıiletken en yüksek verime sahip ince film hücre olma özelliğini taşıyor. Üretimleri biraz zor olsa da, CIGS gözeler hayli popüler. CIGS malzemesinin çok yüksek soğurma katsayısı ve güneş ışığı tayfına uygun denilebilecek yasak enerji bant arlığına sahip olması en önemli özelliklerindendir. CIGS güneş hücrelerinin verimi ise %23’e kadar ulaşmıştır.
Üçüncü jenerasyon güneş hücresi teknolojilerine de değinecek olursak;
Çok Eklemli (Muti-Junction/Tandem): Tandem güneş pilini üç eklemli bir güneş pili olduğunu düşünebiliriz. Ortadaki eklem, kendinden önce bulunan soğrulmadan geçen, daha düşük enerjili fotonları soğurur. Çünkü bu yüksek yasak enerji aralığına sahip eklem yasak enerji aralığından düşük enerjili fotonlar için saydam bölgedir. Ortadaki eklem, iki yüzeyinden ışığı yansıtır veya diğer eklemlerden yansıyan ışığı toplar. Fotonların bu geri kazanımı sayesinde verim oldukça artar. Bu yöntemle %44 verimliliğe sahip hücreler üretilebilmektedir.
Nanoteknoloji yeni nesil güneş hücreleri: Nanoteknolojinin başarısı malzemenin nano 
büyüklükteki yüzeylerine ve kuantum etkileşimlerine dayanır. Düşük sıcaklıklarda, ekonomik hammaddeler kullanılarak üretilen nanotellerin, güneş hücrelerinde verim artışı sağladığı gözlemlenmiştir. Nanoteller, çapı 100 nanometreden küçük, farklı uzunluklarda, iletken yada yarıiletken çubuklardır. Nanoteller ve nanoparçacıklar ile güneş gözelerini esnek yapmakta mümkündür. En son Hokkaido Üniversitesi Elektronik bilimi Araştırma Ensitütüsü’ndeki bilim adamları tarafından, ‘Altın Sandiviç’ adı verilen bir yarıiletken üzerine yüklenen altın nanopartikülleri kullanılarak geniş bir spektral aralıkta görünür ışığı toplayabilen bir fotoelektrot geliştirildi. Güneş ışığının %85’ini yakalayan bu teknolojiyle verim 11 kat daha artmıştır.
Organik Güneş Hücreleri: Çözülebilir olmaları sayesinde bir çok yüzeye uygulanabilen organik güneş gözelerinin verimlerinin %10’un üzerine çıkarlması hedeflenmektedir.
Boya Duyarlı Güneş Hücresi(DSSC): Bu güneş gözelerinin üstün yönleri ekonomikliği, düşük ışıma koşullarında çalışabilmeleri, esnek taban malzemelerine uygulanabilmeleri, sürekli üretim koşullarına uyarlanabilmeleridir. Verimleri %11 dolaylarında olsa da mevcut teknolojiler içerisinde enerji üretim maliyetleri açısından performansı en yüksek olan fotovoltaik teknolojidir.
Perovskite Güneş Hücresi: Kalsiyum Titanat(CaTiO3) minerali perovskit olarak adlandırılır. Laboratuvarda perovskite güneş hücrelerinden %20,1 verim elde edilmiştir. En popüler sentetik perovskite güneş hücresi, metil amonyum kurşun iyodür, yaklaşık %31 teorik maksimum verimliliğe sahiptir.
Özge EFE – Enerji Sistemleri Mühendisi – a.ozgeefe@gmail.com
Kaynakça
Turan,R., Parlak, M.(2011) İnce Film Güneş Gözeleri, TÜBİTAK Bilim ve Teknik Dergisi
Özenbaş, A., Yavuz, H.(2011) Boya Duyarlı Güneş Gözeleri Yeni ve Daha Ucuz Teknolojiler, TÜBİTAK Bilim ve Teknik Dergisi
http://www.turksan.com/ince-film-solar-paneller.html
https://www.slideshare.net/aceronur/perovskite-temelli-gne-hcreleri
