Güneş enerjisi sektörü son 20 yıldır tek bir malzemenin hakimiyeti altındaydı: Silikon. Ancak silikon teknolojisi, teorik verimlilik sınırlarına (yaklaşık %29) yaklaştı ve üretim maliyetlerini daha fazla düşürmek zorlaştı. Tam bu noktada, malzeme bilimi dünyasında "sihirli kristal" olarak adlandırılan Perovskitler sahneye çıktı.
Laboratuvar ortamında verimliliği %3'ten %25'in üzerine sadece 10 yılda çıkaran bu malzeme, fotovoltaik (PV) pazarını kökünden değiştirmeye hazırlanıyor. Bu yazıda, Perovskit teknolojisinin neden bu kadar heyecan yarattığını, silikon ile olan rekabetini (ve iş birliğini) ve ticarileşme önündeki engelleri inceliyoruz.
Perovskit, belirli bir kristal yapıya sahip malzemelerin genel adıdır. Güneş pilleri için kullanılanlar genellikle hibrit organik-inorganic kurşun veya kalay halojenür bazlı malzemelerdir.
Silikonun aksine, Perovskitler doğadan hazır çıkarılmaz; laboratuvarda sentezlenir. Bu durum, kimyasal içeriğinin (bant aralığının) ayarlanabilmesine olanak tanır. Yani, güneş ışığının hangi dalga boyunu emeceği mühendisler tarafından tasarlanabilir.
Perovskitlerin yükselişi tesadüf değildir. Endüstriyel açıdan devrim niteliğinde üç ana avantaja sahiptirler:
Silikon panellerin üretimi için çok yüksek sıcaklıklar (1400°C üzeri) ve pahalı saflaştırma işlemleri gerekir. Oysa Perovskitler, sıvı solüsyonlar halinde hazırlanıp, plastik veya cam yüzeylere basılabilir veya püskürtülebilir. Bu "mürekkep" benzeri üretim süreci, enerji ve hammadde maliyetlerini dramatik şekilde düşürür.
Perovskit katmanları çok incedir ve bükülebilir yüzeylere uygulanabilir. Bu özellik, ağır cam panellerin giremediği alanlara (bina cepheleri, araç tavanları, giyilebilir teknolojiler) güneş enerjisini entegre etmeyi mümkün kılar.
Kısa sürede silikonun 60 yılda geldiği verimlilik seviyesine ulaştılar. Teorik olarak tek katmanlı Perovskitler %33, tandem (çok katmanlı) yapılar ise %40'ın üzerinde verimliliğe ulaşabilir.
Endüstrinin şu anki odak noktası silikonu çöpe atmak değil, onu Perovskit ile güçlendirmektir. "Perovskit/Silikon Tandem Hücreler" adı verilen bu yapıda, silikon panelin üzerine ince bir şeffaf Perovskit katmanı eklenir.
Çalışma Prensibi: Perovskit katmanı güneş spektrumunun mavi/yeşil kısmını emerken, alttaki silikon katman kırmızı/kızılötesi kısmını emer.
Sonuç: Aynı yüzey alanından %30 daha fazla elektrik üretimi.
Yatırımcıların ve üreticilerin temkinli yaklaştığı bazı noktalar hala mevcuttur:
Stabilite (Dayanıklılık): Perovskitler neme, ısıya ve UV ışınlarına karşı hassastır. Silikon paneller 25 yıl garanti verirken, ilk Perovskitler birkaç günde bozuluyordu. Ancak yeni kapsülleme teknolojileri ve kimyasal katkılarla bu süreler artık yıllara uzamış durumda.
Kurşun Kullanımı: En verimli Perovskitler az miktarda kurşun içerir. Bu durum çevresel kaygılar yaratsa da, bir paneldeki kurşun miktarı standart bir aküden çok daha azdır. Yine de kurşunsuz (örneğin kalay bazlı) Perovskitler üzerinde Ar-Ge çalışmaları sürmektedir.
Ölçeklenebilirlik: Küçük bir laboratuvar hücresinde %26 verim almakla, futbol sahası büyüklüğünde bir fabrikanın üretim bandında aynı kaliteyi tutturmak farklı şeylerdir. Homojen kaplama teknolojileri (slot-die coating) bu sorunu çözmek için geliştirilmektedir.
Perovskit teknolojisi, güneş enerjisini "lüks bir yatırım" olmaktan çıkarıp, her yüzeyin enerji ürettiği bir dünyaya geçişin anahtarıdır. Hammadde tedarikçileri için bu, yüksek saflıkta kimyasallara, metal tuzlarına ve özel kaplama malzemelerine olan talebin patlaması anlamına gelmektedir. Önümüzdeki 5 yıl içinde, çatılarımızdaki panellerin renginin maviden siyaha (Perovskit rengi) döndüğünü görmeye başlayacağız.
