Nanoteknoloji, mevcut verimlilik engellerinin aşılmasına yardımcı olabilir ve güneş enerjisi üretimini ve depolamasını önemli ölçüde artırabilir. Nano ölçekte, güneş enerjisinin işlenmesini ve iletimini iyileştirebilecek birçok fiziksel süreç kurulmuştur. Nanoteknolojinin güneş pillerinde uygulanması, yeni nesil yüksek performanslı ürünlerin geliştirilmesinin yolunu açmıştır. Temiz enerji seçenekleri için rekabet arttıkça, ufukları genişletmeye yönelik çeşitli potansiyel yaklaşımlar tartışılmaktadır. Güneş pili üretimi, çoklu üretim, spektrum modülasyonu, termal fotovoltaik, sıcak taşıyıcı, orta bant ve diğer birçok teknik alanda yeni ilkeler keşfedilmiştir. Nanopartiküller ve nanoyapıların ışığın emilimini arttırdığı gösterilmiştir.
Nanoteknoloji, 1 ila 100 nanometre boyutunda nanomalzemeleri içeren disiplinlerarası bir araştırma, mühendislik ve geliştirme alanıdır. Bu nanometre ölçümlerinde, malzemeler eksik veya birkaç yeni özellik sergileyebilir. Bu amaçla fizik, kimya, biyoloji bilimleri, malzeme bilimi, elektronik ve enerji bilimleri gibi geniş bir yelpazede nanoteknoloji uygulamaları gösterilmiştir. Yenilenebilir, verimli ve biyouyumlu bir enerji kaynağı keşfetmek, azalan fosil yakıt kaynakları ve bunları kullanmanın çevresel sonuçları ve küresel ısınmaya yol açan artan sera gazı emisyonları nedeniyle günümüzde bilim adamlarının ve araştırmacıların karşı karşıya olduğu bir zorluktur.
Güneş, rüzgar, su, gelgit, yakıt hücrelerinden elde edilen biyokütle ve hidrojen gibi alternatif enerji kaynaklarına olan ilgi, endüstride ve bilimsel topluluklarda büyük önem kazanmıştır. Dünyanın en büyük enerji kaynağı olan güneş enerjisi, yenilenebilir bir enerji kaynağı, ucuz ve emisyonsuz olması nedeniyle enerji arzında özel bir role sahiptir. Güneşin gezegene her saat yansıttığı güneş ışığı miktarı, dünya nüfusunun bir yılda tükettiği tüm kaynaklardan fazladır. Dolayısıyla bu enerjinin üretimi çok önemlidir. Şu anda, güneş enerjisi toplama ihtiyacı nedeniyle, farklı ülkelerde uygun güneş radyasyonu kapasitesine sahip çok sayıda güneş enerjisi üretim sistemi geliştirilmiştir, böylece elektriği ulusal şebekeye iletilir.
Bugün güneş enerjisinden yaklaşık 178 GW elektrik üretiliyor. Bu kaynak engellerinin kaldırılmasıyla, inşa edilmekte olan santrallerin güneş enerjisi potansiyelinin 2020 yılına kadar 500 GW’ın üzerine çıkması bekleniyor. Güneş enerjisi gibi yeşil enerjilerin çekirdeği çoğunlukla yerel ve dağıtık olduğu için, eğer değilse Küresel şebekeyi kullanmak mümkün, bu kaynakların kullanımını merkezi üretim yerine dağıtılmış bir şekilde dağıtmak mantıklı ve mantıklı olacaktır. İran, bu enerji kaynaklarını ekvatora yaklaştırmak için güçlü bir potansiyele sahiptir. Bu arada İran maden kaynaklarında yedinci sırada yer alıyor.
Güneş enerjisi üretim mekanizması
Güneş ışığı, foton adı verilen bağlı ışık (ultraviyole, sarı ve kırmızı) enerji paketlerinin farklı saç uzunluklarından oluşur. Bu fotonların yoğunluğu dalga boylarına göre değişir. Güneş panellerinin yüzeyinde güneş ışığına maruz kaldıktan sonra, güneş pilleri güneş enerjisini emer ve elektriğe dönüştürür.
Güneş pili türleri
Silikon güneş pilleri (birinci nesil)
Birinci nesil teknoloji, tek bir kristal veya polikristal yapıya sahip, 300 ila 400 mikron kalınlığındaki silikon gofretlere dayanmaktadır. Kullanılan silikon malzemeler, yeterli elektron deliği bulmak için çeşitli elementlerle kontamine edildi. Bu güneş pilleri, elektron boşluklu ışık yayan delikli ve elektron katkılı silikon katmanların bir karışımından oluşur. Bu nedenle yük dış devreye aktarılarak elektrik akımı üretilir. Bu güneş pilleri, yüksek performansları nedeniyle pazarlanmıştır, ancak bu grubun ana dezavantajları, silikon hammaddelerini işlemenin yüksek maliyeti ve yüksek enerji kullanımıdır.
İnce film güneş pilleri (ikinci nesil)
Adından da anlaşılacağı gibi, bu hücreler için çalışma konseptleri, cam, metal veya polimer substratlar gibi bir yüzey üzerinde biriken ince yarı iletken katmanlara odaklanır. Bu tip güneş pilinde, her bir kaplama, güneşin dalga boyunun bir kısmını tüketmekten sorumludur. Sonuç olarak, bu güneş pili formundaki soğurma oranı azaltılır ve enerji transfer süreçleri iyileştirilir.
Boya güneş pilleri (üçüncü nesil)
Pigmentli bir güneş pilinin temel bileşenleri, boyayla hassaslaştırılmış bir titanyum dioksit (TiO2) filminden oluşan bir fotoelektrottur. Bu hücrelerde gösterildiği gibi, fotonlar pigment güneş hücresine girerken pigment tarafından emilir ve elektronlar ve delikler üretir. Boya elektronları TiO2 nanoparçacıklarına geçirilir. TiO2 nanoparçacıkları bu elektronun taşıyıcıları gibi davranır ve sonunda elektron elektroda girer. Elektrota giren elektron teller tarafından karşı elektrota (indirgeme elektrotu) geçirilir ve elektrolit geri kazanım döngüsünde kullanılır. Öte yandan, boya alanı bir çözücü tarafından yeniden üretilir ve bir sonraki fotonu emebilir. Bu şekilde dış devrede akım oluşur.
Nanoteknolojinin güneş pili üretiminde uygulanması
Genel olarak, nanoteknolojinin güneş pili verimliliği üzerinde çeşitli açılardan faydalı bir etkisi vardır. Bu işlevsel sonuçlar şunları içerir:
• Güneş ışığının daha fazla emilmesi ve tutulması
• Güneş pilleri için modern nanoteknoloji tasarımlarının sunulması
• Güneş pillerinin verimliliğini artırmak için nanotellerin kullanılması
• Nanoteknolojiye dayalı fotokatalizörlerin güneş pillerinde uygulanması
• Nano kaplama uygulaması
• Nanoteknolojinin enerji depolama sistemlerinde uygulanması
Güneş enerjisi sistemleri gibi güneş enerjisi alanlarında sadece birkaç nanoteknoloji özelliği, şu anda yalnızca büyük uygulamalar göstermiştir.
Güneş ışığının emilimini ve tutulmasını iyileştirin
ışık yayan nanoparçacıklar; Nanomalzemeler, son yıllarda nanoteknolojinin ortaya çıkışından bu yana çeşitli kullanımlar için çeşitli şekillerde geliştirilmiş ve üretilmiştir. Bu arada, ışık yayan nanoparçacıklar, çok etkileyici ışık soğurma ve yansıtma özelliklerinden dolayı büyük kapsama alanı elde ettiler. Kuantum noktaları, altın veya gümüş nanoparçacıklar ve flüoresan nanolifler gibi ışık yayan nanoparçacıklar genellikle güneş pillerinin performansını iyileştirmek için kullanılır. Bu nanopartiküllerin ana paydası, özel optik özellikleridir. Basitçe söylemek gerekirse, bu nanopartiküllerin ana özelliği floresan olmalarıdır. Bu nanoparçacıklar, şekillerine ve ölçeklerine bağlı olarak, farklı dalga boylarını emebilir ve hareket ettirebilir ve daha sonra emilen enerjiyi başka bir dalga boyunun veya orijinal dalga boyunun radyasyonu şeklinde serbest bırakabilir. Kuantum noktaları, istisnai fotovoltaik özellikleri nedeniyle güneş pillerinde boyalara bir alternatif olarak kullanılacaktır.
Bu, hassas güneş pilinin voltajını veya çıkış akımını kuantum seviyesine yükseltme olasılığına yol açar. Bu malzemelerin diğer bir dezavantajı, fotovoltaik özelliklerinden (güneş enerjisinin elektriğe dönüştürülmesi) dolayı, görünür ışık dışındaki güneş ışığının absorpsiyon spektrumunu genişletecek olmalarıdır. Kızılötesi radyasyon da almalarına rağmen, kuantum hücre teorisi simülasyonları, hücre performansında yaklaşık yüzde 64’lük bir iyileşme öngördü ve bu çok önemli.
Güneş pillerinin ışığa tepkisini iyileştirmek ve absorpsiyonlarını artırmak için en son ürünlerden biri de gümüş sülfit (Ag 2 S) kuantum noktalarıdır. Bu kuantum noktaları, güneş spektrumunda 400 ila 1000 nanometre arasındaki dalga boylarına karşı bağışıktır; Bu nedenle, görünür ışığa (400-700 nm) ek olarak, genellikle kızılötesi yoğunluğu yansıtırlar. Bu sınıfın cinsi, tüm güneş spektrumunu kapsayan ve standart kuantum noktalarınınkinden 7-14 kat daha büyük bir hassasiyet aralığına sahip olan gümüş selenid (Ag 2 Se) kuantum noktalarıdır.
Bu hücrelerin elektrik akımı üretimi, boyaya duyarlı normal hücrelerin 4 katıdır. Ayrıca, bu tür kuantum noktalarının güneş pillerinin performansını iyileştirmek için çok güçlü seçenekler olduğu ve sonuç olarak oldukça önemli olduğu ve bu alanda daha fazla çalışmaya yapılan yatırımın yakında ticari işletmeye gireceği belirtilmelidir.
kaynak:
http://dx.doi.org/10.1155%2F2011%2F194146
yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]
İlk Yorumu Siz Yapın