Yüksek Verimli ve Düşük Maliyetli Tandem Perovskit / Silisyum Güneş Pillerinin Tasarımı ve Üretimi

Turan, Rasit; Yerci, Selcuk

Yüksek Verimli ve Düşük Maliyetli Tandem Perovskit / Silisyum Güneş Pillerinin Tasarımı ve Üretimi

Yürütücü

Raşit TURAN (Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Güneş Enerjisi Araştırma ve Uygulama Merkezi, Ankara, Türkiye)

Araştırmacı(lar)

SELÇUK YERCİ (Adres Yazılmamış)

4 5

Proje Grubu: MFAG Sayfa Sayısı: 0 Proje No: 114F306 Proje Bitiş Tarihi: 01.11.2017 Metin Dili: Türkçe İndeks Tarihi: 09-03-2020

Yüksek Verimli ve Düşük Maliyetli Tandem Perovskit / Silisyum Güneş Pillerinin Tasarımı ve Üretimi

Öz:

İki yıl süre ile TÜBİTAK 2543 - CRNST ile İkili İşbirliği Programı çerçevesinde desteklenen projenin final raporunun araştırma sonuçları aşağıda verilmektedir. Bu projenin amacı geniş bant aralıklı sahip perovskit güneş gözesi, iç içe geçmiş parmaklı (interdigitated) arka kontaklı (IBC) silisyum güneş gözesi ve bu iki yapının bir araya getirilmesi ile perovskit/silisyum tandem güneş gözesi geliştirmektir. Tandem yapısının yüksek verimliliğe sahip silisyum göze üzerine geniş bant aralıklı ve dolayısıyla daha fazla açık devre potansiyeline sahip perovskit güneş gözesinden oluşması planlanmıştır. Perovskit gözeleri uniform kaplamaya izin veren vakum sistemi kullanılarak üretilmiştir. Tüm çalışmalar Orta Doğu Teknik Üniversitesi Güneş Enerjisi Araştırma ve Uygulama Merkezi (ODTÜ-GÜNAM) ekibi tarafından gerçekleştirilmiştir. Projede yapılması planlanan tüm iş paketleri iş planları çerçevesinde tamamlanmıştır. Yaşanan çeşitli aksaklıklara rağmen projede elde edilen rekabetçi değerler ekibimizin geliştirdiği bilgi birikimi göstermektedir. Proje kapsamında perovskit ince film tabakasının oluşumunun çok çeşitli parametrelerden etkilendiği gözlemlenmiştir. Perovskit kristali oluşturmada termal buharlaştırma yönteminde kullanılan basınç ve buharlaştırma hızının yanı sıra perovskit tabakasının altında yer alan elektron (normal yapı) veya hol (ters yapı) tabakalarının kalitesinin de rol aldığı anlaşılmıştır. Bunun üzerine oluşturulan birbirinden farklı yapılardaki güneş gözelerinde kullanılan elektron ve hol tabakalarının ayrıntılı bir şekilde optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmalar sayesinde elektron mikroskop görüntüleri ve X-ray kırınım sonuçları göz önüne alındığında literatürdeki yüksek verime sahip perovskitlere benzer kristaller üretmiş bulunmaktayız. Bu perovskit tabakalar kullanılarak ürettiğimiz gözeler ile %15 olarak verilen hedef verime yakın verimler elde etmiş bulunmaktayız. Proje kapsamında bildiğimiz kadarıyla Türkiye?deki ilk IBC silisyum güneş gözeleri üretilmiştir. Bu gözelerin verimi beklentimizin altında kalsa da, GÜNAM?da geçtiğimiz aylarda alüminyum arka yüzey alan etkili (Al back surface field, Al-BSF) silisyum güneş gözelerinden %19?un üzerinde verim elde edilmiştir. Ayrıca, yine Türkiye?deki ilk Perovskit/Si tandem güneş gözesinin üretimi gerçekleştirilmiştir. Oluşturulan perovskit/IBC Si tandem güneş gözesinden hedeflenen verim maalesef elde edilememiştir. Bu nedenle yine bizim üretimimiz olan Al-BSF güneş gözesi üzerine perovskit güneş gözesi ile tandem güneş gözesi çalışmaları yapılmıştır. Bu projede edindiğimiz bilgiler ışığında perovskit ve tandem güneş gözesi alanında çok daha başarılı işler yapacağımıza inanmaktayız. TÜBİTAK?a, projeyi yazma konusunda bize motivasyon sağladığı için şükranlarımızı sunuyoruz. Fas ekibi proje sayesinde kendi kurumlarından aldıkları seyahat desteği gerek kendi gerekse ODTÜ-GÜNAM?da araştırmalar yapmışlardır. Projeye iki doktora ve beş yüksek lisans öğrencisi zaman zaman farklı sürelerde destek vermiştir. Bu ve bunların dışarısındaki birkaç öğrenciye maddi beklenti içerisine girmeden yaptıkları özverili çalışmalar için teşekkürü borç biliriz. Sonuç olarak en az 4 tane konferans bildirisi ve 2 uluslararası indeksli makale çıktısı emeklerinin karşılığı olacaktır. Literatürdeki en rekabetçi alanlar arasında yer alan perovskit güneş gözesi konusuna biraz geç dahil olan ekibimiz bu projede edindikleri bilgi-birikim ile yakında bu alanda kendisine hem literatür hem de saygın konferanslarda sunumlar yaparak yer açacaktır. Termal buharlaştırma ile kontrollü bir şekilde Br katkılı perovskit üretimi konusunda yaptığımız çalışmaları yayınlama fırsatını başka bir yayının benzer zamanlarda yapılması ile kaçırdık, şu an yazım aşamasında iki tane makale bulunmaktadır.

Anahtar Kelime: Tandem göze; Fotovoltaik; Güneş Gözesi Perovskit malzeme

Konular: Fizik, Uygulamalı Fizik, Nükleer

Erişim Türü: Erişime Açık

Albrecht S., Saliba M., Correa Baena J. P., Lang F., Kegelmann L., Mews M., Steier L., Abate A., Rappich J., Korte L., Schlatmann R., Mohammad N., Hagfeldt K. A., Grätzel M., Rech B. 2016. “Monolithic perovskite/silicon-heterojunction tandem solar cells processed at low temperature”, Energy Environ. Sci., 2016, 9, 81-88.
1- Tunable Band Gap CH3NH3PbI3-XBrX Films Fabricated by Thermal Co-Evaporation (Bildiri - Uluslararası Bildiri - Poster Sunum),
Bailie C. D., Christoforo M. G., Mailoa J. P., Bowring A. R., Unger E. L., Nguyen W. H., Burschka J., Pellet N., Lee J. Z., Grätzel M., Noufi R., Buonassisi T., Salleo A., McGehee M. D. 2014. “Semi-transparent perovskite solar cells for tandems with silicon and CIGS”, Energy Environ. Sci., 8, 956-963.
2- Maximization of Short Circuit Current in Perovskite Solar Cells (Bildiri - Uluslararası Bildiri - Poster Sunum),
Bush K. A., Palmstrom A. F., Yu Z. (Jason), Boccard M., Cheacharoen R., Mailoa J. P., McMeekin D. P., Hoye R. L. Z., Bailie C. D., Leijtens T., Peters I. M., Minichetti M. C., Rolston N., Prasanna R., Sofia S. E., Harwood D., Ma W., Moghadam F., Snaith H. J., Buonassisi T., Holman Z. C., Bent S. F., McGehee M. D.2017. “23.6%-efficient monolithic perovskite/silicon tandem solar cells with improved stability”, Nat. Energy, 2, 17009,1-7.
Chen B., Bai Y., Yu Z., Li T., Zheng X., Dong Q., Shen L., Boccard M., Gruverman A., Holman Z., Huang J. 2016. “Efficient Semi-Transparent Perovskite Solar Cells for 23.0%-Efficiency Perovskite/Silicon Four-Terminal Tandem Cells”, Adv. Energy Mater., 6, 1601128.
Duong T., Lal N., Grant D., Jacobs D., Zheng P., Rahman S., Shen H., Stocks M., Blakers A., Weber K., White T. P., Catchpole K. R. 2016. “Semitransparent perovskite solar cell with sputtered front and rear electrodes for a four-terminal tandem”, IEEE J. Photovoltaics , 6, 679-687.
Duong T., Wu Y., Shen H., Peng J., Fu X., Jacobs D., Wang E., Kho T. C., Fong K. C., Stocks M., Franklin E., Blakers A., Zin N., McIntosh K., W. Li, Cheng Y., White T. P., Weber K., Catchpole K. 2017. “Rubidium Multication Perovskite with Optimized Bandgap for Perovskite‐Silicon Tandem with over 26% Efficiency”, Adv. Energy Mater. , 7, 1700228.
Islam Md. B., Yanagida M., Shirai Y., Nabetani Y., ve Miyano K. 2017. “NiOx Hole Transport Layer for Perovskite Solar Cells with Improved Stability and Reproducibility”, ACS Omega, , 2 (5), 2291.
Kojima A., Teshima K., Shirai Y., Miyasaka T. 2009. “Organometal Halide Perovskites as Visible-Light Sensitizers for Photovoltaic Cells”, J. Am. Chem. Soc., 131, 6050-6051.
McMeekin D. P., Sadoughi G., Rehman W., Eperon G. E., Saliba M., Horantner M. T., Haghighirad A., Sakai N., Korte L., Rech B., Johnston M. B., Herz L. M., Snaith H. J.2016. “A Mixed-Cation Lead Mixed-Halide Perovskite Absorber for Tandem Solar Cells”, Science ,351, 151-155.
Mitzi D. B., Feild C. A., Harrison W. T. A., Guloy A. M. 1994. “Conducting tin halides with a layered organic-based perovskite structure”, Nature, 369, 467-469.
Murakami T. N., Miyadera T., Funaki T., Kojocaru L., Kazaoi S., Chikamatsu M., Segawa H. 2017. “” , Appl. Mater.Interfaces, in press.
Nasser H., Özkol E., Bek A., Turan R.2015. “High haze nature of textured Al:ZnO with Ag nanoparticles for light management in thin film solar cells”, Optical Materials Express, 5 (5), 932-942.
Wolf S. De, Holovsky J., Moon S.-J., Löper P., Niesen B., Ledinsky M., Haug F.-J., Yum J.-H., Ballif C. 2014. “Organometallic Halide Perovskites: Sharp Optical Absorption Edge and Its Relation to Photovoltaic Performance.”, J. Phys. Chem. Lett., 5, 1035-9.
Peng J., Duong T., Zhou X., Shen H., Wu Y., Mulmudi H. K., Wan Y., Zhong D., Li J., Tsuzuki T., Weber K. J., Catchpole K. R., White T. P. 2017. , Adv. Energy Mater. , 7, 1601768.
Sahli F., Kamino B., Werner J., Bräuninger M., Paviet-Salomon B., Barraud L., Monnard R., Seif J. P., Tomasi A., Jeangros Q., Hessler-Wyser A., De Wolf S., Despeisse M., Nicolay S., Niesen B., Ballif C. 2017., Adv. Energy Mater.,in press .
Werner J., Barraud L., Walter A., Bräuninger M., Sahli F., Sacchetto D., Tétreault N., Paviet-Salomon B., Moon S.-J., Allebé C., Despeisse M., Nicolay S., De Wolf S., Niesen B., Ballif C.2016. “Efficient Near-Infrared-Transparent Perovskite Solar Cells Enabling Direct Comparison of 4-Terminal and Monolithic Perovskite/Silicon Tandem Cells”, ACS Energy Lett., 1, 474-480.
Werner J., Weng C.-H., Walter A., Fesquet L., Seif J. P., De Wolf S., Niesen B., Ballif C. 2016. “Efficient Monolithic Perovskite/Silicon Tandem Solar Cell with Cell Area >1 cm2”, J. Phys. Chem. Lett., 7, 161-166.
Zardetto V., Giacomo F. di, Lifka H., Verheijen M. A., Weijtens C. H.L., Kessels W. M.M., Andriessen R., Creatore M.2017. Adv. Ener. Mater. Commun.,

APA	Turan R, Yerci S (2017). Yüksek Verimli ve Düşük Maliyetli Tandem Perovskit / Silisyum Güneş Pillerinin Tasarımı ve Üretimi. , 1 - 0.
Chicago	Turan Rasit,Yerci Selcuk Yüksek Verimli ve Düşük Maliyetli Tandem Perovskit / Silisyum Güneş Pillerinin Tasarımı ve Üretimi. (2017): 1 - 0.
MLA	Turan Rasit,Yerci Selcuk Yüksek Verimli ve Düşük Maliyetli Tandem Perovskit / Silisyum Güneş Pillerinin Tasarımı ve Üretimi. , 2017, ss.1 - 0.
AMA	Turan R,Yerci S Yüksek Verimli ve Düşük Maliyetli Tandem Perovskit / Silisyum Güneş Pillerinin Tasarımı ve Üretimi. . 2017; 1 - 0.
Vancouver	Turan R,Yerci S Yüksek Verimli ve Düşük Maliyetli Tandem Perovskit / Silisyum Güneş Pillerinin Tasarımı ve Üretimi. . 2017; 1 - 0.
IEEE	Turan R,Yerci S "Yüksek Verimli ve Düşük Maliyetli Tandem Perovskit / Silisyum Güneş Pillerinin Tasarımı ve Üretimi." , ss.1 - 0, 2017.
ISNAD	Turan, Rasit - Yerci, Selcuk. "Yüksek Verimli ve Düşük Maliyetli Tandem Perovskit / Silisyum Güneş Pillerinin Tasarımı ve Üretimi". (2017), 1-0.

APA	Turan R, Yerci S (2017). Yüksek Verimli ve Düşük Maliyetli Tandem Perovskit / Silisyum Güneş Pillerinin Tasarımı ve Üretimi. , 1 - 0.
Chicago	Turan Rasit,Yerci Selcuk Yüksek Verimli ve Düşük Maliyetli Tandem Perovskit / Silisyum Güneş Pillerinin Tasarımı ve Üretimi. (2017): 1 - 0.
MLA	Turan Rasit,Yerci Selcuk Yüksek Verimli ve Düşük Maliyetli Tandem Perovskit / Silisyum Güneş Pillerinin Tasarımı ve Üretimi. , 2017, ss.1 - 0.
AMA	Turan R,Yerci S Yüksek Verimli ve Düşük Maliyetli Tandem Perovskit / Silisyum Güneş Pillerinin Tasarımı ve Üretimi. . 2017; 1 - 0.
Vancouver	Turan R,Yerci S Yüksek Verimli ve Düşük Maliyetli Tandem Perovskit / Silisyum Güneş Pillerinin Tasarımı ve Üretimi. . 2017; 1 - 0.
IEEE	Turan R,Yerci S "Yüksek Verimli ve Düşük Maliyetli Tandem Perovskit / Silisyum Güneş Pillerinin Tasarımı ve Üretimi." , ss.1 - 0, 2017.
ISNAD	Turan, Rasit - Yerci, Selcuk. "Yüksek Verimli ve Düşük Maliyetli Tandem Perovskit / Silisyum Güneş Pillerinin Tasarımı ve Üretimi". (2017), 1-0.