Güncel
Bekleyiniz...
Nanoteknoloji Odaklı Güneş Pilleri

Nanoteknoloji Odaklı Güneş Pilleri

Güneş pili üretimi alanında nanoteknolojinin ortaya çıkması ve çağdaş mimarilerin gelişmesiyle birlikte, meslek ve teknoloji dünyasına ayrı güneş pili uygulamaları için yeni fırsatlar açılmıştır. Bu yeni tasarımların hepsi, güneş hücrelerini ayrıntılarıyla yarı şeffaf ayla getirmektir. Şeffaf güneş pillerinin nihai bileşimi, görünür ışık spektrumunun ötesinde absorpsiyondan sorumluluk sahibi olan, yarı şeffaf substrat (cam ya da plastikten üretilmiş) ve …

Güneş pili üretimi alanında nanoteknolojinin ortaya çıkması ve çağdaş mimarilerin gelişmesiyle birlikte, meslek ve teknoloji dünyasına bambaşka güneş pili uygulamaları için yeni fırsatlar açılmıştır. Bu yeni tasarımların tümü, güneş hücrelerini en ince ayrıntısına kadar benzeri saydam ayla getirmektir. Şeffaf güneş pillerinin nihai bileşimi, görünür ışık spektrumunun ötesinde absorpsiyondan sorumluluk sahibi olan, yarı şeffaf substrat (cam veya plastikten yapılmış) ve kayıtlı optik özelliklere ve kalınlıklara sahip malzemelerin Nanolayerlerinden oluşan bir karışımdır.
Transparan hücreler görünür ışık yayar ve arkasından ultraviyole ışığı ve kızılötesi üreten elektrik tüketir. Sanki saydam güneş pillerinin bu yenilikçi yönü, binalarda ve arabalarda çok farklı alanlara yönlendirilmiş uygulamalara ihtimal tanır. Dağıtılmış hücreli biçimlerindeki görünür ışığın hacmi % 50 ile % 80 aralarında değişir. Araştırmacılar, nanoteknoloji yardımıyla hücre hareketinin özelliklerinden imtiyaz vermeden % 12 performansa ulaşmanın baskı olmayacağını umut etmektedir. Bu sistemin en kalın tabakası, üzerine ızgara ve kaplama tabakasının eklendiği cam ya da plastik tabakadır. Nano ölçekte zemine bazı kaplamalar eklenir. Katmanların ortasında, uyarılmış ışığı emen ve elektron yayan iki aktif hücreli vardır. Bu iki bileşikten biri, organik elektron vericisi olarak görev yapan kloroaluminyum ftalosiyanin, diğeri ise karbon 60 (C 60 ) elektron reseptörüdür.
Nanoteknoloji Odaklı Güneş PilleriFtalosiyanin kloroalüminin kalınlığı 15 ve C-60 30 nm’dir. Elektrotlar bu duvarların her tarafına monte edilmiştir. Elektrotlar ITO/MoO 3’cilt yapılmıştır. Bu cins elektrotların genişliği 20 nm’den azdır. Elektrotlar yarı şeffaf olabileceğinden (ve basmakalıp metalden yapılmadığından), güneş ışığındaki diğer konumlardan ince uzunluğunu kopyasını yapmak ve gözenekli olan atmosferine geri döndürmek için hücrenin ucuna bir kaplama yerleştirilebilir. Bu özel özellik sırasında, görünür ışığın çoğunun karşıya ve dışarı dürüst hareket ettiği bulunmuştur. Güneş ışığında spektrumdaki kısa ve uzun çizgi uzantıları tüketilerek dönüştürülür.

Nanakışkan Gücü Hareket Ettirmek

Kararlı bir nanokristal çizgi, bir baz çözelti içine gömülü olan metal veya metal olmayan bir nanopartiküldür. Silikon oksit, titanyum oksit, bakır oksit ya da nikel metal nanopartiküller ya da karbon nanotüpler ve grafen gibi asılı nanometre partikülleri, ısı transferini son derece artırabilen akıcı yer değişiklik ve ısı transferi özelliklerini değiştirir. Nanofluid, keza performansı ayrıca de ekonomiyi artırmak için motorlarda ya da ısı eşanjörlerinde yüksek ısı aktarma katsayısı nedeniyle başlıca imalatta kullanılır.
Son zamanlarda, birkaç akademik kuruluş ve işletme, nano akışkanı güneş ısıtıcılarında ya da pillerde kullanıyor. Güneş pillerinin yüzeyindeki uzun dalga boylarında ışık yayılması ısınmasına müsade verdiğinden ve sıcaklıktaki bu artma performansı düşürdüğünden, güneş pillerinin soğutulması özellikle önemlidir. şu anda bu soğutma, sıcaklık düşüşü üstünde hiçbir etkisi olmayan bir akıcı denizinden geçerek elde edilmektedir. Nanoakışkan kullanımı, güneş pillerinden dıştan daha artı zorlama aktarır ve bu da güneş pillerinin başvuru ömrünü uzatır. Diğer tarafta bu ısı, su depolarını önceden ısıtmak ve evin içini ısıtmak için kullanılabilir.
Nanofluid ayrıca güneş enerjisi sistemlerinde de kullanılır. Yassı kollektörler ve güneş panelleri, güneş enerjili su ısıtıcıları ya da tuzdan arındırma tesisleri gibi bu nesil güneş termal cihazları, güneş termal enerjisini toplayarak ve emilen ısıyı başka bir akıntı yoluyla baskı değiştiricilerine ileterek çalışır. Isı, su depolarına veya evlere kuvvet sağlamak için kullanılabilir. Bu bakımdan nano akıcı, ısıyı yapılardan ısı eşanjörlerine taşımak için bayağı akışkanlardan daha enerjik ve daha etkilidir.
Nanoteknoloji Tabanlı Fotokatalistlerin Güneş Pillerine Uygulanması
Fotokatalizörler, tipik olarak, fotonları toplayarak bir elektron deliği çifti yaratıcı kararlı güya iletken oksitlerdir. Bu tür elektron delikleri, parçacıkların yüzeyindeki moleküllere müdahale edecektir. Fotokatalizörler güneş panellerinde, su arıtıcılarda, hava kirliliğinde, kendi kendini temizleyen lenslerde, organik bileşiklerin ayrışmasında vb. Kullanılır. Fotokatalistlerin dinç absorpsiyon potansiyeli ve görünür ve ultraviyole ışığa duyarlılıkları, başvuru spektrumlarını artırmıştır. Bu bağlamda titanyum dioksit, çinko oksit, kadmiyum sülfit vb. Gibi bir dizi nanofotokatalizör kullanılmıştır. Nanoteknoloji Odaklı Güneş Pilleri
Fotokatalizörler için en büyük sorun, güneş ışığının küçük dalga boylarının birikmesidir. neticede, üretkenlikleri ve kullanışlılıkları azalacak ve hesaplı maliyetleri artacaktır. Bu sorunu çözmek ve fotokatalizörlerle daha uzun dalga boylarını (görünür ışık dalga boyları spektrumunda) harcamak için, bunları birbiriyle karıştırın veya aynı anda iki katalizör biçimi kullanılmalıdır. Örneğin, gümüş nanopartiküllerin titanyum okside uygulanması, dalga boylarının emilmesinde titanyum oksit fotokatalizörünün rolüdür.
Bu, boyutu 400’den 450 nm’ye büyük ölçüde genişletmiştir. Fotokatalizörlerin açıklanmış ışık spektrumlarını absorbe ettiği düşünüldüğünde, güneş pillerinde kullanılması ışığın gözenekli olan içinde emilimini artırarak güneş pilinin performansını artırmaktadır. Çoğu nanofotokatalizör, kendi kendini arıtma, buhar önleme ve toz önleme özelliklerine sahiptirve bunları güneş pillerinin dışında ve gövdesinde uygulamak, hava kirleticilerinden ve hücrede ışığın önündeki engellerden arınmış bir atmosfer sağlar ve güneş ışığının emilimini ve hücresel performansını artırır. Nanofotokatalizörlerin güneş hücrelerindeki diğer bir işlevi, soğurma spektrumunu yükseltmeye ve onu görünür ışığa yönlendirmeye ilave olarak, elektronların elektrotlara geçişini kuvvetlendirmek ve arttırmak, bu nedenle hücrelerin içindeki direnci arttırmaktır. Bu durumda elektronların boşluklarla rekombinasyonu azalır ve üretilen elektrik akımı artar ve enerji aktarma kapasitesi gelişir.

Kendi Kendini Temizleyen ve Yansıma Önleyici Nano Kaplamalar

Hücresel-güneş yüzeyinden ışığın soğurulması, yağmurlu hava ve güneş pillerinin yüzeyindeki tortul birikintiler gibi ışığın hareketiyle üretilen engeller gibi çevresel faktörler, güneş pillerinin performansını sınırlayan faktörlerden biridir. Teknolojideki gelişmeler ve büyüleyici kendi kendini temizleme ve yansıma önleyici özelliklere sahip nanometre katmanlarının oluşturulması, bu sorunu çözmek için güneş enerjisi üretimini iyileştirir. Güneş ışığının ultraviyole dalga boyunu bloke ederek hidrokarbonlar gibi organik bileşikleri yakalayabilen titanyum oksit nanopartiküller, fosil yakıt emisyonlarını azaltarak ve kirlenmelerini önleyerek güneş pili yüzeylerini temiz tutabilir.
Bu sayede güneş ışığı hücresel yüzeyine girecek ve reaksiyon daha etkili olacak ve elektron ve boşlukların gelişimi daha verimli olmaya başlayacaktır. Gerçekte, nanoteknoloji kullanılarak cam yüzeyin hidrofilik ve hidrofobik özellikleri, suyun yüzeyi nemlendirmediği ve sudaki tuzların tortul etkilerinin sırça yüzeyde kalacağı şekilde değiştirilebilir. Yarıiletken hücrelerdeki elektron deliği çıkışı miktarı güneş ışığının gücü ile orantılı olduğundan, güneş pili yüzeyinin koruyucu camı ile güneş ışığını yansıtan kısmın ortadan kaldırılması ve benzeri iletken yüzeye geçişi kapasiteyi artırmanın yollarıdır. Bu bağlamda, Polidimetilsiloksan’dan (PDMS) yapılmış nanokraftlar gibi nanoyapılardan oluşan yansıma önleyici nano kaplamalar veya titanyum oksit nanopartiküllerinden üretilmiş silika nanometre gözeneklerinden bahsedilmiştir. Tüm bu nano kaplamaların sadece büyümenin laboratuvar aşamalarında olduğu göz önüne alındığında, güneş pillerinin performansının artırılması, onları ticarileştirme için cazip ayla getirecektir.

Nanoteknolojinin Kuvvet Depolama Sistemlerinde Uygulanması

Nanoteknoloji Odaklı Güneş PilleriGüneş enerjisi imal sistemleriyle ilgili sorunlardan bazıları dalgalanma ve gidip gelen gelişmedir. Bu tür sistemlerde güç üretimi, atmosferik desenler, sıcaklık, güneş ışığı saatleri gibi çevresel faktörlere dayanır. böylece, bu cins süreçlerde aralıksız ve istikrarlı çıktılar muhtemel değildir. şu anda şiddet kaynağını düzenlemek için bir pompa gibi bir depolama biriminin varlığı da gereklidir.
Lityum piller, pillerin en son dalgası alımı devre dışı bırakılmalıdır, çünkü bayağı piller ağır ağırlığa, kapasiteye ve düşük performansa sahiptir, böylece kullanıcının bunu düzeltmesi fiyatı yüksek olabilir, bu yüzden elden çıkarılmalıdır. Nanoteknoloji de bu alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Geleneksel hücreler ile lityum piller arasındaki en manâlı fark, organik çözücülerin gaz yerine elektrolit çözeltisi olarak kullanılmasıdır. Lityum piller söz konusu olduğunda, lityum iyon batarya iki elektrot arasında bir elektrik bağlantısı oluşturur ve bu iki elektrot olması durumunda elektronları boşaltma yoluyla sıkıntı yoluyla aktarır.
LiPF6 tabanlı lityum pillerde kullanılan elektrolitler, öncelikle lityum alkil karbonat, lityum alkoksit ve lityum florür gibi diğer tuzlu elementleridir. Istikrarsız elektrolitlerin temel sorunlarından bazıları, organik çözücülerin kullanımından kaynaklanan kuvvetli elektrik direncidir. Nanomalzemeler, elektrolitin verimini artırmak için kullanılır. Özellikle nanopartiküller biçiminde toz eklemek, alüminyum oksit, silikon oksit ve zirkonyum oksit gibi bileşiklerden sulu olmayan elektrolitlere kadar, iletkenliği 6 kata kadar artırabilir. Yoğun alıştırma, sıvı birinci tür lityum piller yerine katı polimer elektrolitlerin üretimine katkıda bulunmuştur. Elektrolit kontaminasyonu olasılığını azaltmak, yangın toleransını artmak ve dolayısıyla büyüyen koruma, polimer elektrolitlerin özellikleridir. Fotovoltaik Sistemlere bağlandığında bir model lityum pilin şarjını ve deşarjını gösterir.
Özetle, güneş pili verimliliğinin inşasında ve geliştirilmesinde nanoteknolojinin kullanımı acilen araştırma sürecinde iken, bu alan için ticari arenaya geçiş süresinin fazla yakın ve mecburi olacağı varsayılabilir. Bu sektörün güneş pillerinin verimliliğini artırmada göstermiş olduğu heybetli vaadi görebilen bu teknolojinin ticarileştirilmesi, güneş pili endüstrisinde önemli bir dönüm noktası olarak görülebilir.

Kaynakça:
https://www.researchgate.net/publication/328654798_Nanotechnology_Phenomena_in_the_Light_of_the_Solar_Energy
https://asmedigitalcollection.asme.org/energyresources/article/136/1/014001/366595/Nanoscience-and-Nanotechnology-in-Solar-Cells
https://www.intechopen.com/ nanotechnology

Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu

0 Yorumlar: