Güneş ışığının malzemenin büzülmesine neden olarak daha fazla verimlilik sağlayan bir etkisini keşfeden araştırmacılar, 2D perovskit güneş pili verimliliği için yeni bir ölçüt elde etti.
Rice Üniversitesi’ndeki araştırma mühendisleri iki boyutlu ( two-dimensional / 2D) perovskit bileşiğinin daha hacimli ürünlere meydan okumak için doğru malzemeye sahip olduğunu buldu. Rice’ın George R. Brown Mühendislik Okulu’nda Aditya Mohite’nin Laboratuvarı, güneş ışığının kendisinin, 2D perovskitlerde atomik katmanlar arasındaki boşluğu, malzemenin fotovoltaik (PV) verimliliğini %18’e kadar iyileştirmeye yetecek kadar daraltabildiğini keşfetti. Bu keşif, ilerlemenin genellikle yüzdelik kesirlerle ölçüldüğü bir alanda şaşırtıcı bir sıçrama olarak görülüyor.
Kimyasal ve Biyomoleküler Mühendislik ile Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik alanlarında Doçent Mohite, 10 yılda, perovskitlerin verimliliğinin yaklaşık % 3’ten % 25’in üzerine fırladığını belirtti. Mohite, diğer yarı iletkenlerin oraya ulaşmasının yaklaşık 60 yıl aldığını da sözlerine ekledi.
Küp benzeri kristal kafeslere sahip bileşikler olan perovskitler, yüksek verimli hafif toplayıcılardır. Potansiyelleri yıllardır bilinen perovsiktler, güneş ışığını enerjiye dönüştürmekte de iyiler ancak güneş ışığı ve nem onları bozuyor. Bu bağlamda güneş pili teknolojisinin 20 ila 25 yıl arasında çalışmasının beklendiğini belirten Mohite sözlerini şöyle sürdürdü: “Uzun yıllardır çalışıyoruz ve çok verimli ancak o kadar kararlı olmayan toplu perovskitlerle çalışmaya devam ediyoruz. Buna karşılık, 2D perovskitler muazzam bir stabiliteye sahip. Ancak bir çatıya koymak için yeterince verimli değil. En büyük sorun, istikrardan ödün vermeden onları verimli hale getirmekti.”
ABD ve Fransa’daki işbirlikçileriyle birlükte Rice mühendisleri, belirli 2D perovskitlerde güneş ışığının atomlar arasındaki boşluğu etkili bir şekilde daralttığını ve bir akım taşıma yeteneklerini geliştirdiğini keşfettiler. Mohite, “Malzemeyi yaktıkça, bir sünger gibi sıktığınızı ve bu yönde yük aktarımını geliştirmek için katmanları bir araya getirdiğinizi görüyoruz.” dedi. Araştırmacılar, üst kısımdaki iyodür tabakası ile alt kısımdaki kurşun tabaka arasına bir organik katyon tabakası yerleştirmenin, tabakalar arasındaki etkileşimleri arttırdığını buldu.
Deneyler, Fransa’daki meslektaşları tarafından bilgisayar modelleri tarafından doğrulandı.
Sonuçlar, bir güneş yoğunluğunda bir güneş simülatörü altında 10 dakika sonra, 2D perovskitlerin uzunlukları boyunca % 0,4 ve yukarıdan aşağıya yaklaşık % 1 oranında daraldığını gösterdi. Ayrıca araştırmacılar, etkinin beş güneş yoğunluğu altında sadece bir dakika içinde görülebileceğini de gösterdi
Araştırma sonuçları Nature Nanotechnology‘de yayınlanan bir makalede ele alındı.