Basit bir değişimle güneş pillerinin zehirliliği azaltıldı
Ümit veren bir güneş pili türünde, mevcut olan kadmiyumun zehirliliğini azaltmak için banyo tuzu ve tofu1 (bkz.tureng.com) üretiminde kullanılan ucuz bir kimyasal maddenin kullanılması ile ilgili bir makale, son derece prestijli bir bilimsel dergi olan Nature'de yayınlandı. Bahse konu olan kimyasal madde magnezyum klorür olup üretim sürecini değiştirmeden zehirli kadmiyum klorür yerine kullanılabiliyor. Bu tür güneş pilinin çevreye etkisini düşürmekten başka, bu yer değiştirme ile performanstan fedakârlık etmeksizin güneş pillerinin çok daha ucuza imal edilmesi mümkün oluyor.
İnce filmli güneş pilleri bir çok malzeme kullanıyor, ancak en önemli teknolojilerden biri kadmiyum tellürür ve kadmiyum sülfürden faydalanıyor. İki malzeme, geçirgen elektrotlarla birlikte bir substrat üzerine sandviç misali sıkıştırılıyor. Kadmiyum tellürür, p-tipi bir yarıiletken olarak elektron boşlukları taşıyor. Kadmiyum sülfür ise n-türü yarıiletken olarak verilebilecek elektronları taşıyan parça şeklinde işlev görüyor. İnce film pillerinin üretilmesi sırasında bunların kadmiyum klorür ile aktifleştirilmesi gerekiyor – bu aktifleştirme olmazsa, etkinlikler nadiren %2'nin üstüne çıkıyor. Ancak, kadmiyum klorür de çok zehirli kadmiyum iyonlarının bir kaynağı ve nispeten tepkimeye girme özelliği olmayan tellürür ve sülfür tuzlarından farklı bir özellik gösteriyor.
Birleşik Krallık'taki Liverpool Üniversitesi'nde görev yapan bir araştırma ekibi, ince film güneş pillerinde bir seri klorürün davranışını incelerken bu keşfi yaptı. Dört adet ucuz ve zehirli olmayan klorür tuzu içinden yalnızca magnezyum klorürün, kadmiyum klorür ile muamele edilen güneş pillerine yakın veya ondan daha yüksek etkinlik gösterdiği bulundu. Bu pillerin en yüksek etkinliği %13'ten daha yüksek değerlere ulaştı, böylece piyasadaki bazı güneş pilleri ile başa baş bir durum ortaya çıktı. Ekip, çalışmaları ile ince film güneş pilleri konusunda ilerleme sağlanacağını umuyor, şu andaki durum itibari ile watt başına 1 USD'dan daha düşük bir maliyet söz konusu, fosil yakıttan elde edilen elektrikle başa baş bir durum oluşuyor.
Araştırmacılar, magnezyum klorürün kullanılması sırasında küçük miktarlarda klor ve oksijen safsızlığı getirdiğini ve bunların yarıiletkenleri aktifleştirdiğini veya aşıladığını belirtirken, test edilen diğer üç klorür tuzu olan sodyum, potasyum ve mangan klorürlerden farklı olarak pil performansına olumsuz bir etkide bulunmadığını tespit etti. Bilim adamları, kadmiyum ile aynı yükseltgenme basamağında bulunan magnezyum iyonlarının kadmiyum ile benzer bir davranış içine girdikleri ve güneş piline zarar vermediğini söylüyor.
Jon Major, Euroscience Open Forum (Kopenhag, Danimarka) toplantısında şöyle diyor: “Silisyum, büyük devre levhası biçiminde üretildiği için ortada bir sorun var. Düşündüğünüzün aksine, silisyum güneş ışığını çok iyi soğurmuyor. Bu nedenle, doğru düzgün bir soğurma için 200 mikrometre silisyum kullanmanız gerekiyor. Buna karşıt olarak ince film güneş pilleri yalnızca 2 mikrometrelik bir kadmiyum tellürür tabakasına ihtiyaç duyuyor, böylece üretim artarsa daha ucuza gelebilir”.
“Kadmiyum klorür sorununa çare olarak düşünülmüş bu değişimin basitliği düşünüldüğünde, bu zamana kadar başka birinin bunu düşünmemiş olması epey şaşırtıcı” diyen Major, “Bütün dürüstlüğümle söylüyorum ki durum aslında kimse düzeltmek istemediği için kadmiyum klorür prosesi bu zamana kadar gelmiştir. Kadmiyum klorür, 25 yıldır standart olarak kullanıldı. Endüstri bu gelişimi yakından takip edecek. Kadmiyum klorür ve oluşan atık, ince film pillerinin üretilmesindeki en büyük maliyeti oluşturuyor. Aslında kadmiyum klorürün kendisi bir gigawatt ince film güneş pilinin üretilmesindeki maliyete 1,5 milyon dolar ilave ediyor. Magnezyum klorür, buna karşılık, aynı üretim kapasitesini oluşturmak üzere yalnızca 5000 USD'ye mal oluyor. Tabii ki bunlar, zararlı kadmiyum klorürün temizlenmesi için gereken miktarların devreye girmesinden önceki durumu gösteriyor. Böylelikle malzemenin kendisine ait maliyetin çok düştüğü anlaşılıyor”.
Jacek Jasieniak, CSIRO, Avustralya'da güneş pili araştırmaları üzerine çalışan bir kişi olarak şöyle diyor: “Liverpool'daki ekip ince film güneş pillerinin maliyetini indirmekte heyecan verici bir adım attı”. Ancak, şunu de ekliyor: “Magnezyum klorürün kullanımı kadmiyum telllürür güneş pillerinin maliyeti üzerine doğrudan ve yakın geleceği ilgilendiren bir etkide bulunabilir, ancak tellürün uzun dönem maliyet artışları bu faydaları şu andaki kadmiyum tellürür kalınlığı düşünüldüğünde gözden düşebilir”. Kadmiyum tellürür seviyeleri daha fazla düşürülmedikçe silisyum önümüzde görebildiğimiz gelecek için baskın bir teknoloji olacak gibi görünüyor.
J D Major et al, Nature, 2014, DOI: 10.1038/nature13435
1Uzakdoğu’da soya fasulyesi suyunun fermentasyonundan elde edilen bir tür peynir (http://tureng.com)
01:01İbrahim Can GezerBilim Köşesi Hiç yorum yok