Güneş panellerinin ışığı elektrik enerjisine dönüştürme kapasitesini kısıtlayan en temel fiziksel engellerden biri için çözüm bulundu. Günümüzde tek eklemli güneş hücrelerinin ulaşabileceği teorik verimlilik tavanı (Shockley-Queisser sınırı) yaklaşık %33 olarak kabul ediliyor. İspanya’daki Fotonik Bilimler Enstitüsü (ICFO) araştırmacıları, fotonların yayılma açısını kontrol altında tutarak enerji kaybını asgariye indiren özel bir optik mimari tasarladı. Organik hücre mimarisi üzerinde başarıyla sınanan bu yaklaşım, teorik verimlilik potansiyelini %43 seviyesine kadar taşıyor.
IŞIK YAYMA AÇISI DÜZENLENEREK ENTROPİ KAYBI ÖNLENDİ
Güneş hücrelerindeki verim kaybının ana nedenlerinden birini “Boltzmann kayıpları” oluşturuyor. Dar bir açıdan gelen güneş ışığı soğurulduktan sonra fotonlar çok daha geniş bir açı aralığında dışarı yayılıyor. Oluşan bu açısal uyumsuzluk entropi artışına yol açarak cihazın üretebileceği maksimum gerilimi düşürüyor.
ICFO ekibi, söz konusu kaybı engellemek amacıyla hücreye entegre edilen bir optik rezonans boşluğundan yararlandı. Mimaride hücrenin ön ve arka yüzeylerine yerleştirilen gümüş elektrotlar ile özel katmanlar kullanıldı. Bu sayede geniş açıyla yayılan fotonlar geri yansıtılarak hücre içinde tutuldu ve ışığın yayılma açısı, güneş ışığının geliş yönüyle uyumlu hale getirildi.
TEORİK VERİMLİLİK POTANSİYELİ %43’E YÜKSELDİ
Yapılan analizler ve matematiksel modellemeler, foton emisyonunun açısal olarak sınırlandırılması halinde tek eklemli hücrelerde teorik verimlilik sınırının %43 düzeyine ulaşabileceğini gösteriyor. Uzmanlar, belirtilen bu değerin laboratuvar ortamında elde edilmiş nihai bir panel verimi değil, sunulan fiziksel yöntemin vaat ettiği teorik potansiyel olduğunu vurguluyor.
Geliştirilen optik yapının mevcut üretim süreçlerine kolayca adapte edilebilir olması en büyük avantajları arasında yer alıyor. Deneylerde organik mimari tercih edilmiş olsa da yöntemin perovskit veya silisyum tabanlı diğer güneş hücresi teknolojilerine de uygulanabileceği öngörülüyor. Seri üretim koşullarında sağlanacak performans artışına dair çalışmalar ise devam ediyor.
