Yeni geliştirilen tandem (çok eklemli) güneş pilleri, enerji verimliliğinde yüzde 30’luk eşik değerini geride bıraktı. Böylelikle, güneş enerjisinin maliyetini daha da düşürmek ve yeşil enerji dönüşümünü hızlandırmak konusunda önemli bir adım atıldı. Bilim insanlarına göre bu gelişme, güneş enerjisi alanında yeni bir döneme girildiğinin habercisi.
Science dergisinde tandem pillerin yenilenebilir enerjiye geçişte devrim yaratabileceğine dair iki makale, bir de analiz yayınlandı. Science’ta bu gelişmeleri değerlendirmek üzere yayınlanan analizi kaleme alan akademisyenlerden biri de Kral Abdullah Bilim ve Teknoloji Üniversitesi (KAUST) ekibinden Dr. Erkan Aydın.
İklim Masası güneş enerjisinde teknoloji devrimi niteliğindeki konuyla ilgili Dr. Erkan Aydın’ın kapsamlı görüşlerini duyurdu.
Tandem güneş pilleri, devrim yaratma potansiyeline sahip
Kral Abdullan Bilim ve Teknoloji Üniversitesi Öğretim Üyesi Dr. Erkan Aydın perovskit-silisyum tandem güneş pillerinin geliştirilmesinin, yeşil enerjiye geçiş üzerinde önemli bir etkiye sahip olacağını, bu yoğun araştırma-geliştirme faaliyetlerinin ana motivasyonun da bu görüş olduğunu söyledi.
Dr. Erkan Aydın’ın verdiği bilgiye göre, silisyum güneş pilleri, oldukça verimli bir teknoloji olmakla birlikte, tek bir yarı iletken soğurucu tabakaya sahip. Tandem güneş pilleri ise birden fazla yarı iletken soğurucu tabakayı bir araya getirerek birim alandan daha fazla verim sağlayabiliyor. Bu yenilikçi güneş pilleri, %30’un üzerinde, nadiren ulaşılan verimlilik seviyelerine ulaşarak yenilenebilir elektrik üretimi için daha verimli ve uygun maliyetli bir çözüm öneriyor. Bu nedenle de güneş enerjisi endüstrisinde devrim yaratma potansiyeline sahip.
Birçok araştırma grubu, %30 eşiğini aştı
Perovskit malzemelerin silisyum güneş pilleri ile birleştirilerek tandem yapısında üretilmesi ile ilgili çalışmalar 2013 yılında başladı. O günden bu yana birçok araştırma grubu, bu alanda araştırmalar yürütüyor. Geliştirilen ve bağımsız test kuruluşlarınca sertifikalandırılmış rekor verimli piller, ABD’deki Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı (National Renewable Energy Laboratory, NREL) tarafından hazırlanan ve tarihsel gelişimini özetleyen grafikte, son yıllarda dikkat çeken bir ivme ile yerini almış durumda.
Yüzde 30 verim değerini geçen ilk piller, İsviçre’de bulunan EPFL-CSEM (Lozan Federal Teknoloji Enstitüsü – İsviçre Elektronik ve Mikroteknoloji Merkezi) araştırma ekibi tarafından Temmuz 2022’de yayınlandı. Aynı yılın aralık ayında, Almanya’da bulunan HZB (Helmholtz Zentrum Berlin) araştırma ekibi %32,5 gibi oldukça yüksek bir verim değeri duyurdu.
Dr. Erkan Aydın, bu yıl içerisinde ise, kendisinin de ana yürütücülerinden ve araştırmacılarından olduğu KAUST ekibinin önce Nisan ayında %33,2, ardından da Mayıs ayında %33,7’lik rekor verim değerleri yayınladığını belirterek şunları söyledi: “Bu, halihazırda rapor edilmiş en yüksek değerdir. Bu verim değerinin önümüzdeki yıllarda laboratuvar ölçeklerinde yaklaşık %37’ye kadar artırılabileceğini öngörüyoruz.
Bunların yanı sıra küresel fotovoltaik şirketlerinin de bu alanda yoğun araştırma faaliyetleri yürüttüğünü biliyoruz. Örneğin Çin merkezli Longi firması, geçtiğimiz ay Almanya’da düzenlenen Intersolar Europe fuarında %33,5’lik bir değere ulaştıkların duyurdu.
Ticarileşme için ölçeklendirme ve çalışma ömrü konuları da aşılmalı
Bu süreçte perovskit-silisyum tandem pilleri, hiçbir soru işareti bırakmayacak şekilde, yüksek verimli fotovoltaik teknolojisi olduklarını ispat ettiler. Ancak rapor edilen bu aygıtlar, henüz laboratuvar ölçeğinde. Ticarileşme açısından aşılması gereken konular, bu teknolojinin ticari boyutlarda üretim yöntemlerinin ölçeklendirilmesi ve durağanlığının bugünkü pazar standartlarına getirilmesi. Ölçeklendirme meselesi, teknolojik gelişmelerle teknik olarak aşılabilecek bir konu olarak değerlendirilirken, durağanlık, yani çalışma ömrü, yoğun araştırma gerektiriyor.
Bugün firmalar, fotovoltaik modüllere 25 yıla kadar performans garantisi sağlayabiliyor. Bu, perovskit-silisyum tandem güneş pilleri için de hedef olarak gösterilebilir. Durağanlığı anlamak için bu kadar uzun süre bekleyemeyeceğimizden, hızlandırılmış yaşlandırma testleri ve bunların açık alan testleri ile uyumunu birlikte ele almalıyız.
Ticari ürünler 5 yıl içinde piyasaya çıkabilir
Bu teknolojinin ticari olarak başarı sağlaması yalnızca verim değerine bağlı değil, ancak mevcut silisyum fotovoltaik modüllerin üzerine %1 ilâ %3 oranında dahi verim artışı sağlamak yeterli olabilir. Burada önemli olan diğer konular, perovskit pil üretiminin ne kadarlık bir maliyet artışına sebep olacağı ve bu modüllerin ne kadar süre performansını koruyarak enerji üretebileceği. Bunlar halen araştırılıyor.
Perovskit-silisyum tandem güneş pillerinin başarıya ulaşması, çıkarılacak son ürünün performansına ve fotovoltaik pazarının dinamiklerine bağlı olacak. Alandaki gelişmeleri değerlendirdiğimde benim tahminim, beş yıl içerisinde ilk büyük ölçekli ticari ürünlerin piyasada olacağı yönünde.”
