Lehigh Üniversitesi'nden bilim insanları, ABD Enerji Bakanlığı'nın finansal desteğiyle, güneş enerjisi teknolojisinde devrim yaratacak bir malzeme geliştirdiler. Bu yeni malzeme, güneş panellerinin verimliliğini önemli ölçüde artırarak, sürdürülebilir enerji çözümlerinde büyük bir ilerleme sağlayabilir. Geliştirilen malzeme, emilen her yüksek enerjili foton başına iki elektron üretebilme kapasitesine sahip, bu da %190 gibi inanılmaz bir harici kuantum verimliliği (EQE) değerine ulaşılmasını sağlıyor. Bu çalışma, güneş enerjisi verimliliğini ve kullanılabilirliğini yeniden tanımlayabilecek yenilikçi yaklaşımları vurguluyor.
GÜNÜMÜZDE GÜNEŞ PANELLERİ VERİMLİ DEĞİL AMA...
Güneş panellerinin verimliliği genellikle, panel üzerine düşen fotonların bir kısmının yansıması veya paneli ısıtması nedeniyle sınırlıdır. Ancak, bu yeni malzeme, Shockley-Quisser limiti olarak bilinen teorik sınırın çok ötesine geçerek, güneş enerjisini elektriğe dönüştürmede yeni bir standart belirliyor. Araştırmanın başyazarı fizik profesörü Chinedu Ekuma, bu çalışmanın sürdürülebilir enerji çözümlerini anlamada ve geliştirmede önemli bir ilerleme olduğunu belirtiyor.
Malzemenin geliştirilmesi süreci, ilk olarak bilgisayar modellemesi kullanılarak yapılan kapsamlı bir araştırma ile başladı. Bu modelleme, malzemenin şaşırtıcı özelliklerini ortaya çıkardı ve daha sonra bu özellikleri doğrulayan bir prototipin oluşturulmasına yol açtı. Prototip, ortalama %80'lik bir fotovoltaik absorpsiyon, yüksek bir foto-uyarılmış taşıyıcı üretim hızı ve %190'lık bir EQE gösterdi. Bu, malzemenin güneş ışığını verimli bir şekilde emebildiği ve yük taşıyıcıları üretebildiği anlamına geliyor.
Malzemenin bu olağanüstü verimliliği, elektronik yapısındaki kendine özgü "ara bölge durumları" sayesinde mümkün oluyor. Bu durumlar, malzemenin güneş ışığını emebildiği ve yük taşıyıcıları üretebildiği optimum enerji aralıklarında yer alıyor. Ayrıca, malzeme elektromanyetik spektrumun kızılötesi ve görünür bölgelerinde yüksek emilim seviyeleri göstererek, geleneksel güneş pillerine kıyasla üstün performans sergiliyor.
Geleneksel güneş pillerinde maksimum EQE %100 iken, bu yeni malzeme, yüksek enerjili fotonlardan birden fazla elektron üretme ve toplama yeteneği sayesinde teorik olarak mümkün olan verimliliği iki kat veya daha fazla artırıyor. Bu, güneş enerjisi sistemlerinin verimliliğini önemli ölçüde artırma potansiyeline sahip çoklu eksiton üretim malzemelerinin bir örneğidir.
Araştırmacılar, katmanlı iki boyutlu malzemeler arasındaki atomik olarak küçük boşluklar olan "van der Waals boşlukları" kullanarak bu yeni malzemeyi geliştirdiler. Bu boşluklar, malzemenin özelliklerini ayarlamak için kullanılır ve özellikle germanyum selenit (GeSe) ve kalay sülfür (SnS) arasına sıfır değerlik bakır atomları yerleştirilerek, malzemenin verimliliğini artıran ara bölge durumları oluşturuldu.
Bu gelişme, güneş enerjisi dönüşüm verimliliğini artırma fırsatları sunarak, küresel enerji ihtiyaçlarının karşılanmasında kritik bir rol oynayacak yeni nesil yüksek verimli güneş pillerinin geliştirilmesi için umut verici bir aday olarak öne çıkıyor. Geliştiricilerin vurguladığı gibi, hızlı yanıt verme ve artırılmış verimlilik özellikleri, bu malzemenin gelişmiş fotovoltaik çözümlerde kullanım için ideal bir kuantum malzemesi olduğunu gösteriyor. Bu çalışma, güneş enerjisi alanında önemli bir dönüm noktası olabilir ve gelecekteki enerji sistemlerinin şekillenmesinde önemli bir rol oynayabilir.
