Yeni geliştirilen “dev alıcı” moleküller, halojensiz çözücüler kullanılarak üretilen organik güneş hücrelerinde %20’nin üzerinde verim sağlıyor. Bu gelişme, organik güneş hücrelerinin ticarileşmesi için güçlü bir zemin oluşturuyor.
Organik güneş hücreleri, hafif yapıları, esnek formları ve düşük üretim maliyetleri sayesinde yeni nesil enerji çözümleri arasında dikkat çekiyor. Çözelti bazlı üretime uygun olmaları, bu hücreleri bina entegrasyonu, taşınabilir sistemler ve esnek yüzey uygulamaları için cazip hale getiriyor. Buna karşın yüksek verimli organik güneş hücrelerinin üretiminde yaygın olarak kullanılan halojenli çözücüler, çevresel riskler ve ölçeklenebilirlik açısından önemli sınırlamalar yaratıyor.
Organik güneş hücrelerinin avantajları ve temel sorunu
Bu hücreler, geleneksel silikon tabanlı fotovoltaik sistemlere kıyasla daha düşük enerji ve malzeme girdisiyle üretilebiliyor. Düşük sıcaklıklarda işlenebilmeleri ve esnek altlıklara uyum sağlamaları, organik fotovoltaik teknolojilerin — yani esnek ve çözelti bazlı güneş hücresi sistemlerinin — tasarım özgürlüğünü artırıyor.
Ancak yüksek verime ulaşan birçok yapı, klorlu veya bromlu düşük kaynama noktalı çözücülere dayanıyor. Bu çözücüler:
- Yüksek uçuculuk gösteriyor
- Üretim hatlarında iş güvenliği sorunları yaratıyor
- Büyük alanlı üretimi zorlaştırıyor
Bu nedenle toluen ve o-ksilen gibi halojensiz çözücüler, güvenli ve sürdürülebilir bir üretim alternatifi sunuyor. Buna karşın bu yöntemlerle üretilen aktif katmanlarda morfoloji kontrolü zorlaştığı için hücre verimi genellikle düşüyor.
“Dev alıcılar” ile aktif katman kontrolü
Bu noktada kritik soru, halojensiz çözücüler kullanılırken aktif katman yapısının nasıl dengelendiği oluyor. Çin Bilimler Akademisi’ne bağlı Ningbo Malzeme Teknolojisi ve Mühendisliği Enstitüsü’nden Prof. Ge Ziyi liderliğindeki ekip, bu soruya moleküler tasarım temelli bir çözüm geliştirdi. Çalışma, malzeme bilimi alanının önde gelen dergilerinden Advanced Materials’ta yayımlandı.
Araştırmacılar, PM6:BTP-eC9 sistemi içine iki yeni “dev konuk alıcı” molekül ekledi:
- G-1O
- G-3O
Bu alıcılar, oksijen içeren bağlayıcı yan zincirler sayesinde kristalleşme süresini uzatıyor. Böylece aşırı moleküler kümelenme bastırılıyor ve bu hücrelerin aktif katmanında daha dengeli bir faz ayrımı oluşuyor. Sonuçta yük taşıyıcılarının yapı içinde daha düzenli hareket etmesi mümkün hale geliyor.
Moleküler yapı neden belirleyici oluyor?
G-1O ve G-3O arasındaki temel fark, yan zincir uzunluğunda ortaya çıkıyor.
- G-3O, uzun zinciri nedeniyle düzensiz faz ayrımına yol açıyor
- G-1O, daha kısa zinciri sayesinde moleküler düzlemliği artırıyor
Bu yapı farkı, hücre içinde yük taşıyıcılarının daha düzenli hareket etmesini sağlıyor. Sonuç olarak yük aktarımı hızlanıyor, gerilim kayıpları azalıyor ve performans yükseliyor.
Halojensiz çözücülerle %20,02 verim
G-1O içeren üçlü yapı, hücre düzeyindeki ölçümlerde başlangıçta %19,90 güç dönüşüm verimine ulaştı. Araştırma ekibi, yapıya yansıma önleyici bir kaplama katmanı ekleyerek ışık soğurumunu artırdı. Bu optimizasyonun ardından hücre düzeyinde %20,02 verim elde edildi. Halojensiz çözücüler kullanılarak ulaşılan bu sonuç, bugüne kadar raporlanan en yüksek değerlerden biri olarak öne çıkıyor.
Büyük alanlı modüller ve ölçeklenebilirlik
Laboratuvar sonuçlarının ötesine geçen çalışma, büyük alanlı üretim potansiyelini de ortaya koyuyor. Ekip, aynı malzeme sistemiyle 15,6 cm² aktif alana sahip bir fotovoltaik modül üretti. Bu modül:
- Ölü bölge içermiyor
- %16,97 verim sağlıyor
Bu sonuç, organik fotovoltaik teknolojilerin sürekli kaplama hatları ve büyük alanlı üretim için teknik olarak hazır hale geldiğini gösteriyor.
Organik fotovoltaik teknolojiler için yeni bir aşama
Bu çalışma, organik güneş hücrelerinde sürdürülebilir üretim ile yüksek performansın birlikte mümkün olduğunu ortaya koyuyor. Halojensiz çözücülerle uyumlu moleküler tasarım yaklaşımı, maliyet düşüşü ve üretim ölçeklenmesi açısından kritik bir eşik oluşturuyor. Elde edilen bulgular, organik fotovoltaik teknolojilerin laboratuvar ortamından ticari prototiplere geçişini hızlandırabilecek güçlü bir yol haritası sunuyor.
İlgili Makaleler
- Organik güneş pillerinde ucuz polimerle rekor verimlilik
- Esnek güneş enerjisi hücrelerinde verimlilik rekoru
- Yeni esnek güneş hücreleri: Dronlar ve akıllı tekstillere enerji
- MIT’nin ultra ince güneş hücresi: 100 kat daha hafif, kilogram başına 18 kat daha fazla güç
- Loş ışıkta çalışan yeni nesil güneş panelleri
- Güneş enerjisinde çığır açan rekor: Perovskit-Silikon tandem hücreler ile %34,6 verimlilik
- CW Enerji (CWENE) Fraunhofer ISE’den %25,03 verimlilik onayı
- Japonya 1,5 milyar dolarlık ultra ince güneş paneli yatırımı
© 2025 Yeşil Haber