İklim değişikliğiyle mücadele için küresel çabalar devam ederken, güneş enerjisine olan talep artmaktadır. Ancak, şu anda en çok kullanılan silikon bazlı güneş panelleri çeşitli tehlikeli maddeler içerdiğinden, bunların bertarafı veya geri dönüşümü çevresel etkiye neden olmakta ve önemli maliyet gerektirmektedir. Aynı sorun, kurşun bileşikleri ve metal oksitler gibi potansiyel olarak tehlikeli maddeler içerdikleri için, perovskit bazlı güneş hücreleri gibi yeni nesil film tipi güneş hücreleri için de geçerlidir. Bertarafta bu tür sorunları önlemek ve çevre dostu enerji kaynağını ortaya çıkarmak için, bilim insanları tamamen karbon bazlı malzemelerden (tamamen organik güneş hücreleri) oluşan film tipi güneş hücreleri aradılar. Tehlikeli metaller olmadan, normal plastikler gibi güvenli bir şekilde yakılabilirler; bu da çevresel etkiyi ve bertaraf maliyetlerini önemli ölçüde azaltacaktır. Bu avantajlara rağmen, şu anda tamamen organik güneş hücreleri, en fazla yaklaşık %4 olan çok düşük güç dönüşüm verimliliğine (PCE) ulaşmaktadır; bu, geleneksel silikon güneş hücrelerinin (>%27) ve perovskit güneş hücrelerinin (>%26) çok altındadır. Bu nedenle, yüksek performanslı tamamen organik güneş hücreleri için yoğun teknolojik gelişmeler beklenmektedir.

Kanazawa Üniversitesi Kimya Fakültesi, Bilim ve Mühendislik Enstitüsü'nden Doçent Masahiro Nakano, REIKO Co., Ltd. (Junichi Iwai, Başkan) ve Kanada, Kingston'daki Queen's Üniversitesi'nden bilim insanlarıyla işbirliği yaptı ve şimdi dünyanın en yüksek verimliliğine sahip tamamen organik güneş hücrelerini başarıyla geliştirdi. Önceki tamamen organik güneş hücrelerinin performansı yaklaşık %4 PCE ile sınırlıyken, yeni geliştirilen hücreler önceki hücrelerden iki kat daha fazla verimlilik elde ediyor.

Daha önce iki büyük sorun tüm organik güneş hücrelerinin performansını engellemişti. Birincisi, film tipi güneş hücreleri için uygun olan yüksek iletkenliğe sahip organik şeffaf elektrot malzemelerinin bulunabilirliği sınırlıdır. Bazı yüksek iletkenliğe sahip organik malzemeler rapor edilmişti ancak bunların hazırlanması güçlü asitler, bazlar veya yüksek sıcaklıkta tavlama (>150°C) gerektiriyordu; bu da organik alt tabaka filmlerine ve organik yarı iletken katmanlara zarar verebilirdi. Araştırma ekibi bunun üstesinden gelmek için iletken polimer PEDOT:PSS bazlı şeffaf bir elektrot geliştirdi. PEDOT:PSS bazlı elektrot, asit veya baz kullanılmadan daha düşük bir sıcaklıkta (80°C) üretilebilir ve film tipi güneş hücreleri için yeterli iletkenlik (levha direnci: <70 Ω/sq.) göstermektedir.

İkinci sorun, alttaki katmanlara zarar vermeden film tipi güneş pili aygıtında birden fazla katmanı istiflemenin zorluğudur. Çözelti işlemlerinde, üst katman mürekkepleri alt katmanlara zarar verebilir. Bu sorunu çözmek için "karbon nanotüp elektrot laminasyon yöntemi"ni geliştirdiler. Bu teknik, elektrotları güneş pillerinin bariyer filmlerinde ayrı ayrı oluşturmayı ve daha sonra bunları cihaza bağlamayı içerir ve elektrot üretimi sırasında alttaki organik filmlere zarar verilmesini önler. Yeni organik şeffaf elektrot ve üretim yöntemini birleştirerek, araştırma ekibi önceki modellerin (%4,0) iki katından fazla güç dönüşüm verimliliğine (%8,7) sahip tamamen organik güneş pillerini başarıyla geliştirdi. Bu gelişme, yüksek performanslı tamamen organik güneş pillerinin pratik uygulamasına doğru önemli bir adımı temsil ediyor.

İleriye bakıldığında, tamamen organik güneş hücreleri, tarım arazileri ve giyilebilir cihazlar gibi çevresel açıdan hassas alanlardaki uygulamalar için büyük bir vaat taşıyor. Hafif ve esnek yapıları, geleneksel güneş panellerinin pratik olmayacağı yerlere kuruluma da olanak sağlıyor. Araştırma ekibi, organik elektrotların iletkenliğini iyileştirerek performansı daha da artırmayı hedefliyor.

KAYNAK: https://www.chemeurope.com/en/news/1186154/record-breaking-efficiency-achieved-in-all-organic-solar-cells.html