Perovskit, 1839 yılında Ural Dağları’nda Gustav Rose tarafından keşfedilmiş ve bu minerale, Rus minerolojist Kont Lev Aleksevich von Perovski’nin adı verilmiştir. Bulunan orijinal bileşik, kalsiyum titanyum oksit CaTiO₃ olup bu isim daha sonraları ABX₃ genel formülüne ve aynı kristalografik yapıya sahip tüm bileşiklerin adı haline de gelmiştir. Yapısında hangi atomların/moleküllerin kullanıldığına bağlı olarak, perovskite kristalleri çok farklı fiziksel ve kimyasal özelliğe sahip olabilirler.

Perovskite güneş hücreleri ise genellikle iletken bir oksitten oluşan elektrot, yük taşıyıcı tabakalar ve bu tabakalar arasına yerleştirilmiş olan aktif tabaka, son olarak ise genelde metalik karaktere sahip bir karşıt elektrottan meydana gelir. Bahsedilen yapının altına metal tabaka, üstüne ise cam tabaka yerleştirildikten sonra panel yapısı oluşturulmuş olur.

Perovskite güneş hücrelerinde aktif tabaka olarak kullanılan ABX₃ kimyasal formülüne sahip perovskite bileşiklerdeki A organik bir katyon, B inorganik bir katyon, X ise Cl (Klorür), Br (Bromür) ve I (İyodür) gibi halojenürlerdir. Bugüne kadar yapılan çalışmalarda CH₃NH₃PbX₃ formülüne sahip perovskit materyallerin fotovoltaik uygulamalar için çok uygun olduğu ortaya konmuştur.

Perovskite hücreler yıllardır bilinmesine rağmen fotovoltaik malzeme olarak ilk kullanımları 2009 yılında olmuştur. Laboratuvardaki verimleri 2009’da %3 iken 2020’de %25‘in üzerine çıkarak diğer tüm PV malzemelerinden daha hızlı artış göstermiş ve Aralık 2020‘de Oxford PV tarafından %29,52 verime sahip perovskite güneş panelleri üretilmiştir.

Diğer hücre teknolojilerine kıyasla perovskite hücrelerin en büyük avantajı, kristale gelen güneş ışınlarının tümünü soğurup elektron akımına dönüştürebilmeleri sonucunda silisyum esaslı hücrelere göre daha yüksek verime sahip olmalarıdır. Ayrıca, perovskite malzeme esnek bir yapıda olduğu için rulo halinde üretilebilmekte bu da düşük maliyetli bir uygulama yelpazesi sunmaktadır. 2020’de yapılan bir araştırma, tüm perovskite tandemlerinin diğer hücre üretim tekniklerine göre çok daha düşük karbon ayak izine sahip olduğunu göstermektedir; yani yeni nesil teknolojiler arasında çevre dostu olarak ön plana çıkmaktadır. Perovskite malzemeleri, tamamen yeni bir güneş hücresi türünün temeli olma veya genel hücre verimliliğini artıran bir katman olarak silikon güneş hücreleriyle birlikte çalışma potansiyeline sahiptir.

Söz konusu avantajlarına karşın perovskite güneş hücrelerinin ömürleri silisyum esaslı hücrelere göre çok daha kısadır ve nemli havada parçalanabilirler, bu da büyük ölçekte üretimlerini zorlaştırır. Ticari olarak uygulanabilir olmaları için Watt başına üretim fiyatının 0,40 Doların altına düşürülmesi ve perovskite güneş hücrelerinin açık havada 20 yıl dayanabilecek kadar kararlı hale gelmesi gerekmektedir. Eğer bu gelişmeler sağlanırsa silisyumlu panellerin sonunun geleceği ve perovskite panellerin kullanımının başlayacağı öngörülmektedir.

Kaynakça:

1. Yılmaz G., Özkök Ç., Perovskit Güneş Hücreleri ve Kararsızlık Problemleri, Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, Burdur
2. Ertuğ B., Perovskit Yapılı Seramiklerin Nem Ortamında Proton İletkenliği Mekanizmalarının İncelenmesi
3. Ortadoğu Teknik Üniversitesi, Güneş Araştırma ve Uygulama Merkezi

Hakkı Gökhan ELÜSTÜN
Uzman
Yeşil Büyüme Politikaları Birimi
gokhan.elustun@izka.org.tr