Çinli araştırmacılar, farklı açılardan gelen güneş ışığını daha verimli kullanmak amacıyla yarım küre biçiminde ve dokulu yüzeye sahip bir perovskit güneş hücresi tasarımı geliştirdi. Simülasyon sonuçlarında yüzde 95’in üzerinde ışık soğurumu elde eden tasarım, 0 ile 50 derece arasındaki ışık geliş açılarında geleneksel panellere kıyasla yüzde 20’ye kadar daha fazla güç çıkışı sağladı.
Yarım küre tasarımı ışık kayıplarını azaltıyor
Perovskit güneş hücreleri, yüksek güç dönüşüm verimliliği ve düşük üretim maliyeti potansiyeli sayesinde yeni nesil güneş enerjisi teknolojileri arasında öne çıkıyor. Bununla birlikte geleneksel, düz yüzeyli hücrelerde güneş ışığının geliş açısı değiştikçe optik kayıplar artabiliyor. Bu durum, üretilen gücün gün boyunca dalgalanmasına ve sistemin toplam enerji üretiminin düşmesine neden oluyor.
Çin'deki araştırma ekibi, bu sorunu azaltmak için yarım küre geometrisini dokulu bir yüzeyle birleştiren yeni bir hücre mimarisi geliştirdi. Tasarımda yarım küre biçimi, elektrik yüklerinin farklı yönlerden daha dengeli toplanmasını hedefliyor. Yüzeydeki dokulu yapı ise gelen ışığı birden fazla yöne saçarak hücre içerisinde daha uzun optik yollar oluşturuyor. Böylece daha fazla ışığın soğurulması ve üretimin daha dengeli olması amaçlanıyor.
Beş farklı güneş hücresi tasarımı karşılaştırıldı
Araştırmacılar, yeni tasarımın performansını görmek için beş farklı güneş hücresini bilgisayar ortamında karşılaştırdı. Bu modeller arasında geleneksel düz yüzeyli hücreler, ince tel benzeri yapılara sahip hücreler ve farklı yüzey şekilleriyle tasarlanan yarım küre biçimindeki hücreler yer aldı. Tüm modellerde aynı temel malzemeler kullanıldı.
Ekip, bilgisayar simülasyonlarıyla hücrelerin farklı ışık renklerinde ve güneş ışığının 0 ile 50 derece arasında değişen geliş açılarında nasıl çalıştığını analiz etti. Işığın ne kadarının hücre tarafından yakalandığı ve ne kadar elektrik üretilebildiği hesaplandı.
Simülasyon sonuçlarında en iyi performansı, yüzeyinde özel dokular bulunan yarım küre biçimindeki yeni hücre tasarımı gösterdi. Bu tasarım, farklı ışık geliş açıları boyunca ortalamada daha yüksek akım yoğunluğu sağladı.
Yeni tasarımın en dikkat çekici sonuçlarından biri, gelen güneş ışığının yüzde 95'inden fazlasını soğurabilmesi oldu. Hücrenin birim yüzey başına ortalama maksimum güç çıkışı da 28,25 mW/cm² olarak hesaplandı. Ayrıca ışığın geliş açısı değiştiğinde güç üretimindeki dalgalanmalar diğer tasarımlara kıyasla daha sınırlı kaldı. Bu değişimleri üstteki görselden görebilirsiniz.
Araştırmacılara göre bu sonuçların arkasında iki temel etken bulunuyor. Yarım küre biçimi, hücre içinde oluşan elektrik yüklerinin daha dengeli hareket etmesine yardımcı oluyor. Yüzeydeki özel dokular ise ışığın hücre içinde farklı yönlere dağılmasını sağlayarak daha fazla ışığın yakalanmasına katkıda bulunuyor. Bununla birlikte bu tasarım şimdilik laboratuvar ortamlarıyla sınırlı. Tasarımın gerçek güneş panellerinde ne kadar verimli olacağı, uzun süreli kullanımda dayanıklılığını koruyup korumayacağı ve üretim maliyetinin ne olacağı gibi soruların yanıtlanması için deneysel testlere ihtiyaç duyuluyor.
