TARIFNAME LÜLETASI BILESENLERI ÜZERINE OLUSTURULAN YENI PEROVSKIT DUYARLI GÜNES HÜCRESI TEKNIK ALAN Bulus; perovskit günes hücrelerinin, dogal bir malzeme olan ve Lületasi olarak bilinen, içerigi agirlikli olarak silisyum ve magnezyum silikatlardan olusan, bunun yaninda demir, aluminyum ve krom oksitleri de içerebilen, sepiyolit, kaolin, bentonit isimleri ile de anilan bir iskelet yapi üzerine üretilerek yüksek verimli, tekrarlanabilir ve uzun ömürlü günes hücresi elde edilmesinin saglanmasiyla ilgilidir. ÖNCEKI TEKNIK Son yillarda 3. nesil günes hücrelerinde dikkat çeken en önemli teknolojilerden biri; düsük maliyetli ve yüksek verimli perovskit duyarli günes hücreleridir. Bu teknolojide isik absorplayici tabaka olarak perovskit (genellikle metilamonyum kursün halejenür) kristal yapisina sahip bir malzeme kullanilmaktadir. Saydam ve iletken (genellikle flor katkilanmis kalayoksit (FTO)) bir destek malzeme üzerine yogun bir n tipi (TiO2, ZnO gibi) bir malzeme kaplanmakta, bu tabaka üzerine ise isik absorplayici tabaka olarak perovskit yapisi olusturulmaktadir. Perovskit tabaka üstüne bosluk iletim tabakasi olarak organik yada inorganik malzeme (spiro-OMETAD, PsHT, diger elektrolitler) kaplanarak heteroeklem yapi olusturulmakta, en üst tabakaya ise iletken bir elektrod (AI, Au, Ag vb) kaplanarak hücre tamamlanmaktadir. Isik absorplayici tabakanin uyarilan elektronu n tipi yariiletken özellikleri katmana aktarilmakta buradan saydam elektrod üzerine geçmektedir. Olusan bosluk ise bosluk transfer malzemesi vasitasi ile üst elektrota aktarilarak döngü saglanmaktadir. Perovskit günes hücrelerinde iki temel yapi bulunmaktadir. Birinci yapida tüm tabakalar düzlemsel yapida oldugundan "Düzlemsel perovskit günes hücresi" olarak tanimlanir. Ikinci yapida ise yogun n tipi tabaka üzerinde mezogözenekli bir yapi içermektedir. Mezogözenekli yapi Ti02 gibi bir yariiletken olabilmekle beraber AI203 seklinde yalitkan bir yapidan da olusabilmektedir. Bu tip hücreler "mezogözenekli perovskit günes hücresi" olarak adlandirilmaktadir. Mezogözenekli yapinin n tipi bir yariiletken olmasi durumunda perovskit tabakadan gelen elektron mezogözenekli yapi araciligi ile alt katmana geçmektedir. Mezogözenekli yapinin yalitkan bir malzeme olmasi durumunda ise elektronlar perovskit kristalin kendi üzerinden en alt katmanda bulunan yogun n tabaka üzerine aktarilmaktadir. Perovskit duyarli günes hücrelerinde en önemli sorun kararlilik ve yeniden üretilebilme özelligidir. Yüksek verimle çalisabilecek bir perovskit tabakanin oldukça büyük kristal tanecikleri içermesi, tabakanin düzgün olmasi ve kristal tanecikleri arasinda temasin çok iyi olmasi gereklidir. Perovskit tabakanin olusumu sirasinda düzensiz kristal taneciklerinin olusumu verimi çok ciddi oranda düsürmektedir. Bu nedenle sürekli ayni tabaka tipinin elde edilebilmesi önemlidir. Ortam kosullari, kullanilan üretim teknigi gibi parametreler kristal olusumu üzerinde ciddi etkiye sahiptir. Arastirmacilar tekrar üretilebilir perovskit tabaka eldesi için yeni yöntemler önermekte ve bu konuda Diger önemli bir sorun ise kararliliktir. Düzgün bir perovskit tabaka elde edilse bile, ki bu yüksek verimli günes hücresi elde edilmesi anlamina gelir, bu hücrenin kararliligi perovskit tabakayi olusturan kristallerin kararliligina baglidir. Perovskit kristalin ortam kosullarina (sicaklik, nem vb) karsi çok duyarli olmasi nedeni ile yapisi kisa süre içinde bozulmakta, bu da günes hücresinin verimini ciddi anlamda düsürmektedir. Bu hücrelerin kararliliginin arttirilmasi içinde çok farkli yöntemler önerilmis olmakla beraber, kararlilik konusu bu teknolojinin problemlerinden biri olarak devam etmektedir. SEKILLERIN ANLAMI Sekil 1. Lületasi Yapilarinin Iskelet Yapi Olarak Kullanildigi Perovskit Günes Hücresinin Semasi Sekil 2. iletken (FTO) Cam Üzerine Kaplanmis Lületasi Yapilarinin Üstten Alinmis Taramali Elektron Mikroskobu (SENI) Görüntüsü Sekil 3. iletken (FTO) Cam Üzerine Kaplanmis Lületasi Yapilarinin Katmanin Çaprazdan Alinmis Elektron Mikroskobu Görüntüsü Sekiller de belirtilen parça numaralarinin karsiliklari asagida verilmistir. 1. iletken Elektrotlar Bosluk Transfer Tabaka Perovskit Tabaka Lületasi Esasli iskelet Yapi Yogun n Tipi Yari iletken Tabaka 939199!" Saydam iletken Destek Malzeme BULUSUN DETAYLI AÇIKLAMASI Bulusa konu perovskit duyarli günes hücresi, iletken elektrotlar (1 bosluk transfer tabaka (2), perovskit tabaka (3), lületasi esasli iskelet yapi (4 , yogun n tipi yari iletlen tabaka (5) ve saydam iletken destek malzeme (6) bölümlerinden olusmaktadir. Bulus, perovskit duyarli günes hücrelerinin mezogözenekli yapiya sahip olan sinifindaki teknolojide, mezogözeneklerin yani iskelet yapinin, bilinen sentetik malzemeler (TiOz ve Al2Os gibi) yerine dogal bir ürün olan, içerigi agirlikli olarak silisyum ve magnezyum silikatlardan olusan, bunun yaninda demir, aluminyum ve krom oksitleride içerebilen, sepiyolit, kaolin, bentonit isimleri ile de anilan, halk arasinda Lületasi olarak bilinen bir iskelet yapi (4) ile donatilmis, bilinen hücre yapilarindan daha verimli ve kararli çalisan bir mezogözenekli perovskit duyarli günes hücresi yapisi üretilmistir. Yukarida içerigi tanimlanmis olan ve bu kisimdan itibaren Lületasi olaran anilacak olan yapilar yalitkan özellikte olup bilinen mezogözenekli Al203 veya polimerik iskelet yapilarin yerine kullanilmistir. Lületasi yapilarinin en büyük avantaji mezogözenekli Al203 gibi yapilardan çok daha fazla aktif yüzey alanina sahip olmasidir. Mezogözenekli A|203 ortalama 400 m2/gr aktif (BET ölçümlerine göre) yüzey alanina sahip iken Lületasi yapilarinda bu alan 900 m2/gr düzeyine kadar çikmaktadir. Bu durumda günes hücresinde isik absorplayici tabaka olan perovskit, çok daha fazla bir yüzeye kaplanabilmektedir. Böylece daha fazla isik absorpsiyonu ve yüksek verim vermektedir. Lületasi'nin ipliksi yada tanecikli yapilarinin sadece yüzeyleri degil taneciklerin iç katmanlarina da kadar inebilen gözeneklerin olmasi, bu malzemelerin isik geçirgenligini de arttirmakta ve dogal olmasi yaninda seffaf bir özellik saglamaktadir. Bu durum iskelet yapinin isigi absorplayarak verimi düsürmesinin önüne geçmekte ve fotonlarin çogunun aktif perovskit katman üzerine düsmesini saglamaktadir. Lületasi yapilarinin kullanildigi perovskit duyarli günes hücreleri, bilinen düzlemsel veya mezogözenekli (Ti02, Al203 ve benzeri) perovskit günes hücrelerinden en az yaninda, iskelet yapi olarak Lületasi yapilari (4) kullanildiginda tekrar üretilebilirlik artmaktadir. Olusturulan bu gözenekli yapinin tanecikleri üzerinde düzgün kristaller olusarak %80 in üzerinde tekrarlanabilir günes hücresi üretimi saglanmaktadir. Perovskit duyarli günes hücresi teknolojilerinin diger bir problemi olan kararlilik ve dayanim Lületasi yapilarinin iskelet yapi olarak kullanilmasi ile ciddi oranda gelismektedir. Lületasindan üretilen iskelet yapi özellikle perovskit tabaka için büyük sorun teskil eden su moleküllerini kendi içine çekerek perovskit tabaka ile etkilesimini engellemekte, bu durum aktif perovskit tabakanin daha uzun süre dayanmasina olanak saglamaktadir. Lületasi yapilarinin bünyelerinde suyu hapsedebilme özellikleri nemin aktif katmanlarla tepkimeye girmeden tutulmasini ve perovskit kristalinin kararliliginin artmasini saglamaktadir. Bunun yaninda iskelet yapiyi olusturan Lületasinin kendisinin isiya dayanikliligi yaninda, isi izolasyonu saglama özelligi de kararliligin artmasinda rol oynar. TR TR TR TR TR TR TR TR TR