Görünmeyen Hücre: Şeffaf Güneş Pilleri

Güneş Pili Nedir?

Şeffaf güneş pilleri güneş hücresi çeşitlerindendir. Peki güneş pili veya hücresi nedir? Güneş pili veya diğer adıyla güneş hücreleri ışığı doğrudan elektrik akımına dönüştüren fotovoltaik araçlardır. Yarı iletken diyot olarak çalışırlar. Güneş ışığının taşıdığı iç enerjiyi fotoelektrik reaksiyondan faydalanarak doğrudan elektrik enerjisine dönüştürürler.

Çalışma Mekanizması

Güneş hücrelerinin elektrik üretimi “fotoelektrik olay” prensibine dayanmaktadır. Yapısında n-tipi ve p-tipi iki çeşit silikon bulunmaktadır. Valans bandında 4 elektron bulunan n-tipi silikon atomlarına, valans bandında 5 elektron bulunan fosfor eklenir ve fosfor elektron vermeye yatkın olduğu için kristal yapıya 1 elektron verir. Bu nedenle n-tipi silikon verici adlandırılmaktadır. P-tipi silikon ise valans bandında 3 elektron bulunan alüminyum, indiyum, galyum, bor vb. elementler eklenmektedir. Bu eklenen atomların son katmanında 3 elektron olması sebebiyle kristal yapıda boşluğu(hole) oluşur. Bu nedenle de p-tipi silikon alıcı ismini alır.

Aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi hücre yüzeyine çarpan güneş ışınları yüzey tarafından absorbe edilerek n-tipi silikondan p-tipi silikona 1 elektron gönderir ve bu sırada p-tipi silikonda 1 boşluk oluşur. Bu gönderim sonucunda p-n aktif maddeleri arasında bir elektriksel potansiyel oluşur ve bu potansiyel kullanımı ile elektrik enerjisi elde edilmektedir.

Çeşitleri Nelerdir?

Güneş pilleri enerji üretimi bakımından aktif-pasif olarak sınıflandırılır. Güneş hücreleri içinde elektron üretebilen kimyasal madde çeşitliliği bakımından organik veya inorganik. Üretim teknoloji bakımından tek(mono) veya çok(poli)kristalli gibi farklı sınıflandırma yapılabilmektedir. Güneş enerjisinden elektrik üretmek için geliştirilen ve geliştirilme açısından farklı teknolojiler kullanılarak üretilebilen güneş pilleri bakımından çeşitli versiyonları bulunmaktadır. Güneş pilleri nesillerine göre de aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır.

Şeffaf Güneş Pilleri

Şeffaf olarak bildiğimiz camlar %100 şeffaf değildir. Çünkü cam hem mor ötesi dalga boyunu absorbe ederek hem de gelen ışınların bazılarını yüzeyden yansıtarak şeffaflığın azalmasına neden olmaktadır. Beyaz organik cam %92,1 ve güneş gözlükleri %75-85 arası şeffaflığa sahiptir. Bunun yanı sıra güneş pillerinde kullanılan camlar ise %92 şeffaflık oranına sahiptir.

Şeffaf güneş pilleri adından da anlaşılabileceği gibi saydam yani şeffaf bir yapıya sahiptir. Çalışma prensibi ise klasik güneş pillerindeki fotoelektrik olay ilkesine dayanmaktadır. Klasik güneş pilleri güneşten gelen enerjiyi absorbe ederek yarı iletken yüzeyden elektron koparıp sonucunda elektrik enerjisi üretmektedir.

Şeffaf güneş pillerinin farkı saydam oldukları için görünür bölge ışığını geçirirken belirli dalga boylarını absorbe ederek elektrik üretmesidir. Aşağıda şeffaf güneş hücresi katmanları verilmiştir.

Şeffaf Güneş Hücresi Kullanım Alanları

Geliştirilme aşamasında olan güneş hücrelerinden en etkileyici olanı şeffaf güneş pilleridir. Bu çalışmayla Michigan State Üniversitesi Kimya Mühendisliği Bölümü öğretim üyelerinden Richard Lunt ve ekibi 2013 yılında adını duyurmuştur. Ve pillerin kullanım alanlarını artırmak için %86 oranında şeffaflığa sahip güneş pillerini üretmeyi başarmıştır.

Bu şeffaf güneş pilleri ile sadece çatılarda değil pencerede hatta duvarlarda dahi kullanılabilecek. Dış yüzeyi camlarla kaplı binalar günümüzde yaygın olarak bulunmakta. Bu binaları şeffaf güneş pilleri ile kaplayıp çevreci binalar elde etmek mümkün. Aynı zamanda pencerelerde şeffaf fotovoltaik hücreler kullanıldığında sadece elektrik üretimi sağlamayıp UV ışınlarını engeller. Bununla birlikte binalar normalden daha serin olacak klima tüketimi de azalacaktır.

Tarımda sera çatılarında kullanılması ile gereken elektrik enerjisi şeffaf güneş pillerinden sağlanabilir. Sera içerisindeki bitkilerin mutlu bir şekilde büyümesi için yeterli ışık girmesine rağmen, paneller seranın enerji gereksiniminin büyük bir kısmını sağlayacak kadar enerji üretip çevre dostu seraların olması mümkün görünmekte.

Farklı bir alan olarak tren, otobüs, havalimanı gibi terminallerde de bu paneller kurularak elektrik üretmek mümkün. Otoyol üstelerinde çatı şeklinde ve otoyollarda bu teknoloji kullanılmakta.

Günlük hayatta da cam yüzeyi bulunan tüm cihazlarda kullanılabilir. Örneğin cep telefonları, dizüstü bilgisayarlar gibi diğer taşınabilir cihazlar için güç üretme potansiyeline sahiptir.

Kullanım alanlarına ait görsel aşağıda yer almakta.

TSC Üretim Yöntemleri

Şeffaf güneş hücresi(TSC), piyasadaki talep artışından dolayı gündem ve odak olan bir teknolojidir. TSC alanında Japonya, ABD, Almanya ve Hindistan başarı elde eden ve çalışmalar yürüten araştırma merkezleridir. Bu merkezlerin ürettiği %90 ince filmdir.  Ve flor katkılı kalay oksit(FTO) veya indiyum katkılı kalay oksit(İTO) iletkeni kullanılmaktadır. Cam ve FTO veya İTO’nun birlikte kullanımı ile ortaya çıkan içsel optik kayıpların saydamlığı yaklaşık olarak %15-20 oranında azalmaktadır. Bununla birlikte Michigan State Üniversitesi’nde üretilen güneş panelleri şu anda elde edilen %86 şeffaflık ile en şeffaf hücrelerdir. Şeffaf güneş pillerinde 9 farklı teknoloji bulunmaktadır.

• İnce film fotovoltaikler
• Yakın kızılötesi şeffaf güneş pili
• Polimer güneş pili (PSC)
• Şeffaf lüminesans güneş yoğunlaştırıcı (TLSC)
• Perovskit güneş pili
• Elektroforetik biriktirme (EPD)
• Dip-kaplayıcı
• Püskürtme biriktirme
• Kuantum nokta (QD) güneş pili

Kaynakça:

• www.yesilodak.com
• www.elektrikport.com
• www.yeserenerji.com
• www.webrazzi.com
• tr.wikipedia.org
• www.dunyahalleri.com
• www.normenerji.com.tr
• www.enerjiportali.com