Su altında elektrik üreten yeni nesil güneş hücresi geliştirildi

Güneş panelleri genellikle açık havada ve doğrudan güneş ışığı altında çalışacak şekilde tasarlanıyor. Ancak Yunnan Üniversitesi liderliğindeki bir araştırma ekibi, bu yaklaşımın sınırlarını suyun altına taşıyan perovskit tabanlı bir güneş hücresi geliştirdi. Tasarım, birkaç metre derinlikte bulunan ışık koşullarına uyum sağlayarak elektrik üretmeyi amaçlıyor.

Su altında güneş enerjisinden yararlanmak, yalnızca paneli su geçirmez bir kutuya yerleştirmekten ibaret değil. Su, ışığın farklı dalga boylarını yüzeye göre çok daha hızlı biçimde zayıflatıyor. Silikon güneş panellerinin verimli şekilde kullandığı dalga boylarının bir bölümü, suyun içinde ilerlerken büyük ölçüde engelleniyor. Bu nedenle karada çalışan standart bir panel, su altında aynı performansı gösteremiyor.

Perovskit hücreler ışığın dalga boyuna göre ayarlanabiliyor

Araştırmacılar bu sorunu, perovskit malzemelerin kimyasal yapısını üretim sırasında değiştirebilme özelliğiyle çözmeye çalıştı. Perovskitler, farklı ışık dalga boylarına tepki verecek şekilde ayarlanabiliyor. Ekip de su altında daha kolay ilerleyen mavi ışığa uygun bir hücre yapısı oluşturdu.

Bu malzemeler, silikonla karşılaştırıldığında bazı avantajlar sunuyor. Ucuz üretilebilmeleri, ince ve esnek filmler hâlinde hazırlanabilmeleri ve gelen güneş enerjisinin daha büyük bir bölümünü elektriğe dönüştürebilmeleri, perovskitleri araştırmaların odağına taşıyor. Şeffaf ya da esnek yüzeylere uygulanabilmeleri de tasarım seçeneklerini artırıyor.

Ancak perovskitlerin en büyük sorunlarından biri dayanıklılık. Nem, bu malzemelerin yapısını hızla bozabiliyor. Bu durum, ilk bakışta su altında kullanılacak bir güneş hücresi için perovskitleri alışılmadık bir tercih hâline getiriyor. Araştırma ekibinin asıl çözmeye çalıştığı problem de ışığı yakalamaktan çok, hücreyi suyun yıpratıcı etkisine karşı korumak oldu.

Özel katkı maddesi hem koruma hem verim sağlıyor

Ekip, bu amaçla poliheksametilen guanidin hidroklorür adlı bir katkı maddesinden yararlandı. Bu bileşik, perovskit malzemenin çevresinde suyu uzaklaştıran bir katman oluşmasına yardımcı oldu. Böylece nemin hücrenin aktif bölümüne ulaşması zorlaştırıldı.

Katkı maddesinin etkisi yalnızca yüzey korumasıyla sınırlı kalmadı. Bileşiğin bir bölümü perovskit kristal örgüsüne dâhil olarak daha büyük kristallerin oluşmasına katkı sağladı. Ayrıca iyonların kristal yapı içinde hareket etmesini sınırladı. İyon hareketliliği, perovskit hücrelerde performans kaybına ve malzemenin bozulmasına yol açabilen süreçlerden biri olarak biliniyor.

Bu iki etki bir araya geldiğinde hücre, perovskitlerin yaygın bozulma yollarından bazılarına karşı daha dirençli hâle geliyor. Aynı katkı maddesi, güneş hücresinin elektrik üretim özelliklerinin iyileşmesine de yardımcı oldu. Kaynakta hücrenin belirli bir verim oranı, kullanım süresi veya ticari üretim tarihi paylaşılmıyor.

Su altı enerji sistemleri için yeni bir seçenek

Geliştirilen hücrenin arkasındaki yaklaşım, güneş enerjisi teknolojilerinde malzeme seçiminin çalışma ortamına göre değişebileceğini gösteriyor. Karada yüksek performans sunan bir panelin su altında da aynı sonucu vereceği varsayımı yerine, suyun filtrelediği ışık aralığına göre tasarım yapılması gerekiyor.

Düşük ışık seviyeleri ve daha serin sıcaklıklar da perovskit hücrelerin kullanım ömrü açısından avantaj sağlayabilir. Bununla birlikte nemin yol açtığı bozulma riski tamamen ortadan kalkmış değil. Bu nedenle dayanıklılık, su altı güneş panellerinin yaygınlaşması için elektrik üretimi kadar kritik bir konu olmaya devam ediyor.

Yunnan Üniversitesi ekibinin çalışması, perovskitlerin yalnızca esnek veya düşük maliyetli paneller için değil, ışığın ve çevresel koşulların alışılmıştan farklı olduğu ortamlar için de tasarlanabileceğini ortaya koyuyor. Hücrenin gerçek kullanım alanlarına ulaşması için uzun süreli su altı testleri ve üretim ölçeğinde çalışmalar gerekecek. Buna rağmen araştırma, güneş enerjisinden yararlanılabilecek ortamların kapsamını genişletme potansiyeli taşıyor.