Yeni, ultra ince fotovoltaik (PV) malzeme grubunda rekor verimlilik sağlayan Stanford araştırmacıları, geçiş metali dikalkojenitler (transition metal dichalcogenides / TMD) ile silikon bazlı güneş panellerine hafif bir alternatif sunuyor.
Stanford Üniversitesi’ndeki bilim insanları, umut verici bir fotovoltaik malzeme grubunda rekor verimlilik elde etti. TMD’ler kullanılarak yapılan malzemeler, diğer güneş enerjisi malzemelerine kıyasla yüzeylerine çarpan güneş ışığının çok yüksek seviyelerini emmeleri ile ön plana çıkıyor. Bu malzemeler silikon bazlı güneş panellerine hafif bir alternatif sunuyor.
TMD’ler büyük umut vaat ederken, bugüne kadar yapılan araştırma deneyleri, emdikleri güneş ışığının yüzde 2’sinden fazlasını elektriğe dönüştürmek için mücadele etti. Silikon güneş panelleri içinse bu sayı yüzde 30’a yaklaşıyor. TMD’lerin yaygın olarak kullanılabilmesi için bu açığı kapatması gerekecek.
Silikonun günümüzde güneş enerjisi pazarının yüzde 95’ini oluşturduğunu belirten elektrik mühendisliği profesörü ve Nature Communications‘da yayımlanan makalenin kıdemli yazarlarından Krishna Saraswat, “Ancak mükemmel olmaktan çok uzak. Hafif, bükülebilir ve açıkçası daha çevre dostu yeni malzemelere ihtiyacımız var” dedi. Stanford’da elektrik mühendisliği alanında doktora yapan araştırmanın ortak yazarı Koosha Nassiri Nazif ise “Kanadı üzerinde bir kâğıt parçasından 15 kat daha ince olan bir güneş enerjisi dizisiyle kendine güç sağlayan otonom bir insansız hava aracı hayal edin. Bu, TMD’lerin vaadidir.” dedi.
Yeni Stanford prototipi yüzde 5,1 güç dönüştürme verimliliğine ulaşıyor ancak yazarlar optik ve elektriksel optimizasyonlar üzerine pratikte yüzde 27 verimliliğe ulaşabileceklerini düşünüyor.
Ayrıca prototip, henüz geliştirilmiş tüm TMD’lerin 100 kat daha fazla güç-ağırlık oranını gerçekleştirdi. Bu oran, insansız hava araçları, elektrikli araçlar ve hareket halindeyken keşif ekipmanlarını şarj etme gibi mobil uygulamalar için önemli. Kaldı ki, yeni, ultra ince fotovoltaik malzemeler, sonunda kendi kendine çalışan giyilebilir cihazlardan ve sensörlerden hafif uçak ve elektrikli araçlara kadar mobil uygulamalarda kullanılabilir. Spesifik güce (güneş pilinin birim ağırlığı başına elektrik gücü çıktısının bir ölçüsü) bakıldığında, prototip gram başına 4,4 watt üretti; bu, diğer deneysel prototipler de dahil olmak üzere, günümüzün diğer ince film güneş pilleriyle rekabet edebilecek bir rakam.
Bu önemli oranı optimizasyon yoluyla on kat daha artırabileceklerini düşündüklerini belirten Saraswat, TMD hücrelerinin pratik limitinin gram başına 46 watt olduğunu tahmin ettiklerini de sözlerine ekledi.
İncelik, hafiflik ve esneklik kendi içlerinde son derece arzu edilen hedefler olsa da TMD’ler başka mühendislik avantajları da sunuyor. Uzun vadede istikrarlı ve güvenilir olan TMD’ler, toksik kimyasal içermez. Ayrıca biyouyumlu olan TMD’ler, bu nedenle insan derisi veya dokusu ile doğrudan temas gerektiren giyilebilir uygulamalarda da kullanılabilir.