Perovskit Güneş Hücreleri Güney Çin Denizi'nde 10 Metre Derinlikte Elektrik Üretti

Çin'deki Yunnan Üniversitesi araştırmacıları, güneş enerjisini suyun metrelerce altında elektriğe dönüştürmek amacıyla geliştirdikleri yeni perovskit güneş hücrelerini Güney Çin Denizi'nde denedi. Joule dergisinde yayımlanan araştırmaya göre, küçük bir denizaltı düzeneğine monte edilen paneller, 10 metre derinliğe indirilerek gerçek deniz koşullarında elektrik üretti. Kurşun halür perovskit temelli hücreler, topladıkları enerjiyle lityum iyon pilleri yaklaşık iki saatlik süre içinde şarj edebilecek performansa ulaştı. Deneyler sırasında sistem, iki metre derinlikte 1.416 milivat-saat enerji sağlarken, derinlik arttıkça suyun ışığı soğurması nedeniyle üretim miktarı azaldı.

Sualtı testlerinde elde edilen veriler, panellerin farklı derinliklerdeki davranışını ayrıntılı biçimde ortaya koydu. Deniz yüzeyine yakın olan iki metre derinlikte elektrik üretimi dalgaların ve yüzey hareketlerinin etkisiyle belirgin dalgalanmalar gösterdi. Derinlik altı metreye indiğinde üretim 752 milivat-saate, 10 metreye ulaşıldığında ise 324 milivat-saat seviyesine geriledi. Araştırmacılar, 10 metre derinlikteki üretimin iki metreye kıyasla dörtte birden daha az olmasına rağmen derin sularda enerji akışının çok daha kararlı hale geldiğini saptadı. Laboratuvar ortamında simüle edilen 10 metre derinlik ışığı altında yapılan testlerde hücrelerin güç dönüşüm verimliliği yaklaşık yüzde 35 seviyesinde ölçüldü. Bu oran, karasal alanda kullanılan standart silikon güneş panellerinin yüzey güneş ışığında sunduğu yaklaşık yüzde 20'lik verimlilik sınırının üzerinde kalıyor.

İlk olarak 1839 yılında Rusya'daki Ural Dağları'nda keşfedilen ve ultrason cihazlarından bellek çiplerine kadar geniş bir kullanım alanına sahip olan perovskit bileşikleri, nemli ortamlarda hızla bozunma eğilimi gösteriyor. Araştırma ekibi bu yapısal zayıflığı aşabilmek için hücrenin kimyasal formülüne müdahale etti. Malzemeye poliheksametilen guanidin hidroklorür adlı polimer ilave edildi ve hücre yüzeyi su tutmayan koruyucu bir tabakayla izole edildi. Ayrıca daha büyük kristal yapılandırmaları tercih edilerek malzemenin deniz suyu içindeki kimyasal çözünmesi sınırlandırıldı. Bu düzenlemeler, hücrelerin deniz tabanına ulaşabilen zayıf mavi ve yeşil dalga boylarını soğurmasını sağlarken, laboratuvar testlerinde panellerin su altında beş buçuk yılı aşkın süre boyunca ilk verimliliğini büyük oranda koruyabileceğini kanıtladı.

Geliştirilen sistemin öncelikli olarak okyanus tabanında sabit konumda görev yapan bilimsel sensörler, sualtı kameraları ve deniz haberleşme düğümleri için enerji sağlaması hedefleniyor. Günümüzde bu donanımlar, pillerinin tükenmesi sebebiyle periyodik bakım gemileri ve dalgıç müdahalesi gerektiriyor. Doğrudan su altında çalışan paneller ise otonom deniz sistemlerinin ve sualtı Nesnelerin İnterneti altyapısının insan müdahalesine gerek kalmadan çalışmasına zemin hazırlayabilir. Bununla birlikte teknolojinin önünde biyolojik bir engel bulunuyor. Güneş ışığının ulaştığı derinliklerde zaman içinde panel yüzeyini kaplayan algler ve deniz canlıları, biyolojik kirlenmeye yol açarak ışık geçirgenliğini düşürüyor. Panel yüzeyindeki bu birikimi önleyecek kendi kendini temizleyen kaplamalar geliştirilmeden sistemlerin yıllarca deniz tabanında bırakılması mümkün görünmüyor.

Neden önemli?Sualtında kesintisiz enerji sağlanması, deniz gözlem sensörleri ve kameraların bakım için yüzeye çıkarılma ihtiyacını azaltarak otonom okyanus izleme sistemlerinin ömrünü uzatabilir.

Şu ana kadar bildiklerimiz

• Sistem Güney Çin Denizi'nde 2 metre derinlikte 1.416 milivat-saat, 6 metrede 752 milivat-saat ve 10 metrede 324 milivat-saat elektrik üretti.
• Kurşun halür perovskit hücreler, su aşınmasını engellemek için poliheksametilen guanidin hidroklorür polimeri ve su tutmayan koruyucu bir tabakayla güçlendirildi.
• Laboratuvar ortamında simüle edilen 10 metre derinlik ışığında güç dönüşüm verimliliği yaklaşık yüzde 35 seviyesine ulaştı.

Cevabı beklenen sorular

• Panellerin yüzeyinde zamanla oluşacak alg ve deniz canlısı birikiminin yani biyolojik kirlenmenin uzun vadede nasıl temizleneceği henüz çözülmedi.
• Geliştirilen perovskit hücrelerin 10 metreden daha derin ve güneş ışığının neredeyse tamamen kaybolduğu deniz seviyelerinde enerji üretip üretemeyeceği bilinmiyor.