Organik Güneş Pilleri

Hızla gelişen teknolojiyle birlikte yakın geçmişte güneş pillerine olan rağbet artmış durumdadır. Bir önceki makalemizde güneş pillerininin atası sayılan silisyum tabanlı p-n eklem diyotları incelemiştik. Foton p-n ekleme düşer ve eklemden bir elektronu kopararak onu devreye aktarır. Devrede enerjisini kaybeden foton, tekrar ekleme gelerek foton tarafından uyarılmayı bekler. Bu makalemizde ise, p-n eklem yerine kullanılan organik malzemeleri ve farklılıklarını inceleyeceğiz.

A- A+

02.09.2013 tarihli yazı 22225 kez okunmuştur.

Not: Bu makalemizi okumadan önce mutlaka bir önceki yazımızı okuyunuz: Silisyum Tabanlı Geleneksel Güneş Pilleri Nasıl Çalışır?

Bu makalemizde;

► Organik Güneş Pili Nedir?

► Kullanılma Amaçları

► Kullanım Alanları

► Çalışma Prensibi

► Verim Analizi

başlıkları detaylı bir şekilde incelenecektir.

Organik Güneş Pili Nedir?

Organik güneş pilleri karbon bazlı polimerlerden ve küçük moleküllerden oluşurlar. Hücre üzerine gelen güneş enerjisini organik tabaka tarafından emerek, elektrik enerjisine dönüştürürler. İnorganik güneş hücrelerinden farklı olarak geniş yüzeylere kaplanabilmesi, düşük maliyetli olması ve kolay üretilebilmesinin yanı sıra organik kimyasındaki gelişmelere paralel olarak daha farklı özellikler kazandırılabilinir olması bu teknolojinin avantajlarındandır.

Organik polimer tabaka, güneşten gelen ışığı absorbe edip elektron ve hol(boşluk) çiftleri oluşturur. Yükler ayrıştıktan sonra elektronlar katota, holler ise anota doğru yol alırlar. Bu şekilde akım ve voltaj üretilir.

► İlginizi Çekebilir: Güneş Enerjili Uçak |''Puma AE Small UAS''

Konjuge Polimerler

Konjuge polimerler polimer zinciri üzerinde birbirini takip eden tek ve çift bağlara sahip olan, polimerlerde atomlarından uzaklaşarak delokalize olan pi bağlarının elektronları bantlar arası mesafenin azalmasını sağlar. Böylece bu tür polimerler yarı-iletken gibi davranarak düşük voltaj uygulandığında elektrik akımını iletirler.

♦ Poliasetilenin (C2H2)n konjuge yapısı

♦ PEDOT’un konjuge yapısı ♦ Tiyofen’in konjuge yapısı

Konjuge Polimerlerin Bant Yapıları ve İletkenlik Mekanizmaları

► İlginizi Çekebilir: Karapınar Güneş Enerjisi Merkezi Oluyor

Konjuge polimerlerin iletkenlikleri şu formullerle ifade edilebilmektedir;

• σ=Σμi.ni.εi

• σ = n.e.μ

Organik yani P3HT: PCBM (bulk) güneş hücrelerinin diğer organik güneş hücrelerden daha yüksek verime sahip olmasının en büyük nedeni; p-tipi polimerin içinde (P3HT), n-tipi karbon nano parçacıkların (PCBM) homojen bir şekilde dağılmış olmaları sayesinde p-n arayüz alanının artmış olmasıdır. Bu sayede etkin yük ayrışım oranı artmakta, dolayısıyla hücrenin verimi artmaktadır.

Kullanılma Amaçları;

• Düşük maliyet,
• Hafif ve esnek alt taşlarıyla geniş alan uygulamalarında kullanılabilirliği,

• Yenilenebilir enerji kaynak kullanımı.

Kullanım Alanları;

• Diğer fotovoltaik sistemlerin kullanıldığı her yerde organik esaslı polimer güneş pillerinin kullanımı da mevcuttur.

Çalışma Prensibi

Katkılama

İletken polimerlerin önemli uygulama alanlarından olan organik esaslı polimer güneş pillerinde, iletkenliğin üst seviyelere çıkarılması için yapılan hol ve elektron enjeksiyonları diğer bir değişle n-tipi ve p-tipi katkılayıcılar polimer materyale katkılanabilir.

♦ Burada P, polimer zincirini, A, yükü karşı iyonla denkleştiriciyi, e-, elektronu, y ise karşı iyon sayısını simgelemektedir.

Verim Analizi

♦ Güneş pillerinde verimi hesaplarken bu formulü kullanırız.

♦ Bazı bilenen organik materyallerin kullanıldığı güneş pillerinde elde edilen, verim, açık devre gerilimi ve FF değerleri

1986 yılında Tang ve ark. tarafından yapılan ilk heteroeklem güneş pilinden elde edilen verim %1 (Tang, 1986) iken bu sayı günümüzde boya esaslı güneş pillerinde %12’lere (Chen ve ark., 2009), bulk heteroeklem polimer güneş pillerinde ise %8’lere (Liang ve Yu, 2010) ulaşmıştır.

Ticari olarak satılan pillerin cinsleri laboratuar şartlarında hücre verimleri ve modül halindeki verimleri:

Verim Artırma İçin:

• Uyarımlar oluşturabilmek için aktif tabakanın gelen fotonları mümkün olduğu kadar yutmalıdır.
• Güneş spektrumluyla uyumlu aktif katmanın yutma spektrumu ve 100–200 nm’lik ince filmlerdeki solar radyasyon yutmasının maksimize edilmesi gerekir.