Kuantum dalgalanmaları ve güneş hücreleri: 2023 çalışmaları ne gösterdi?

İklim değişikliği, emisyonları azaltmayı ve iklim risklerini yönetmeyi gerekli kılıyor. Fosil yakıtlardan hidroelektrik, rüzgâr, jeotermal ve güneş gibi kaynaklara geçiş bu çabanın bir parçası. Teknolojideki gelişmeler de buna katkı sağlayabilir. 2023 yılında yayımlanan çeşitli çalışmalar nanofotonik ve güneş hücreleri alanlarında ilerlemeler sundu. Ancak bunlar farklı deneylerin sonuçlarıdır; kuantum dalgalanmalarının ticari güneş panellerinin verimini artırdığını kanıtlamaz.

Papyon biçimli optik rezonatörler

Bir çalışmada silisyumda kendiliğinden bir araya gelen optik boşluklar gösterildi. Kuantum dalgalanmalarıyla bağlantılı yüzey kuvvetleri, önceden üretilmiş nanoyapıların kontrollü biçimde yaklaşmasını ve birbirine tutunmasını sağlıyor.

Bowtie rezonatörleri, dar bölgeleri papyona benzediği için bu adı alır. Işığın elektromanyetik alanını çok küçük bir bölgede yoğunlaştırarak ışık-madde etkileşimini güçlendirebilirler. Söz konusu çalışma, tamamlanmış yeni nesil güneş hücrelerini değil bu optik boşlukları inceledi.

Daha küçük bir optik mod hacmi yararlı olabilir; fakat otomatik olarak daha düşük kayıp veya daha yüksek toplam verim anlamına gelmez. Geleneksel litografi ve aşındırma, bazı son derece dar aralıkların üretiminde zorlanır. Araştırmacılar bu yöntemleri yüzey kuvvetlerinden yararlanan kendiliğinden birleşmeyle bir araya getirdi. Bunlar arasında

• Casimir etkisi
• ve van der Waals etkileşimleri bulunuyor

Ekip, askıda duran silisyum nanoyapıları iki parça olarak üretti. Uygun aralık ve yay sertliği koşullarında yüzey kuvvetleri parçaları birbirine çekti; parçalar tutunarak çok küçük optik aralığa sahip kararlı bir yapı oluşturdu.

Bu süreç nükleer füzyon veya boşluktan madde üretimi değildir. Önceden üretilmiş yapıların yüzey kuvvetleriyle birleşmesidir. Çalışma, geleneksel üretimin bir sınırlamasına dikkat çekiyor:Düzlemsel yarı iletken teknolojisi ölçeklenebilir; ancak kendiliğinden birleşmenin sağlayabildiği atomik boyutlara ulaşmakta zorlanır.Bu nedenle iki yaklaşımın birleştirilmesi araştırılıyor.

Bu Ne Anlama Geliyor?

Çalışmanın önemi özellikle çok küçük fotonik bileşenlerin üretilmesi ve daha büyük devrelere entegre edilmesiyle ilgili. Araştırmanın Nature dergisindeki makalesi başka olası uygulamaları da ele alıyor.

Bunlar arasında dizileme için katı hâl nanogözenekleri, kuantum tünellemesi için nanoaralıklı elektrotlar ve süperiletken elektronik aygıtların üretiminde gölge maskeleri bulunuyor. Bu kullanım alanlarının tamamı aynı deneyde gösterilmiş değildir.

Yaklaşım, atomik ölçekte kendiliğinden birleşen yapıların daha büyük çip mimarileriyle bütünleştirilmesine yardımcı olabilir. Tekrarlanabilirlik, kayıplar ve pratik üretim için ek çalışma gerekir.

Dalga kılavuzuna bağlı optik boşluk, ışık-madde etkileşimini güçlendirmek ve gelecekte tek foton düzeyinde çalışan aygıtlar geliştirmek açısından ilgi çekicidir. Ancak çalışmada bir güneş panelinin dönüşüm verimindeki artış ölçülmedi. Fotovoltaik uygulama ayrıca kanıtlanmalıdır.

Arka kontaklı mikrometre ölçeğinde güneş hücreleri

Ayrı bir çalışmada Ottawa Üniversitesi ve ortakları, 2023 yılında ilk arka kontaklı mikrometre ölçeğindeki fotovoltaik hücreleri ürettiklerini duyurdu.

Kaynak: www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666386423005325?via%3Dihub#abs0015

Elektrik kontaklarının arka yüze taşınması, ışık alan yüzeydeki gölgelenmeyi azaltır. Üniversitenin açıklamasına göre elektrot kaynaklı gölgelenme yüzde 95 azaldı. Bu, hücrenin dönüşüm veriminin yüzde 95 olduğu anlamına gelmez. “İlk” ifadesi bu mikrometre ölçeğindeki yapıyla ilgilidir; genel olarak ilk arka kontaklı güneş hücresini belirtmez. Daha düşük enerji maliyeti de kesinleşmiş ticari sonuç değil, bir olasılık olarak sunuldu.

Alternatif Uygulamalar

İki çalışma farklı teknikleri konu alıyor. Danimarka çalışması optik boşlukların yüzey kuvvetleriyle kendiliğinden birleşmesini, Ottawa çalışması ise arka kontaklı mikro güneş hücrelerini inceliyor. İkincisi, Casimir etkisiyle güneş hücresi üretildiğini göstermiyor.

Nanoteknoloji daha genel olarak küçük elektroniklere, gelişmiş malzemelere ve tıbbi uygulamalara katkı sağlayabilir. Ancak daha güçlü yapı malzemeleri, daha etkili ilaçlar veya hedefli ilaç iletimi bu iki deneyde kanıtlanmadı. Her uygulama için ayrı araştırma gerekir.

Kendiliğinden birleşen rezonatörler, nanoölçekte üretim için bir adımdır. Belirli ürünlerde güvenilirlik, büyük ölçekli üretim ve ekonomik yarar ayrıca değerlendirilmelidir.

Sektör Oyuncuları

Aşağıdaki şirketler güneş enerjisi sektöründe faaliyet gösteriyor. Burada yer almaları, deneysel rezonatörleri veya söz konusu mikro güneş hücrelerini ürettikleri anlamına gelmez. Teknolojilerin olgunluk düzeyleri de farklıdır.

*Tablolar, 2023 tarihli özgün yazıdaki geçmiş değerleri korur. Bunlar güncel veya yeniden doğrulanmış değerleme ölçütleri değildir. Yatırım kararı öncesinde tarih, hesaplama yöntemi ve yeni şirket verileri kontrol edilmelidir.*

1. NextEra Energy Resources

NEE Fiyat Grafiği

NextEra Energy Resources, borsada işlem gören NextEra Energy (NEE ) şirketinin iştirakidir. Rüzgâr ve güneş dâhil enerji projeleri geliştirir, inşa eder ve işletir. Grafik ve değerleme ölçütleri ayrı bir Resources hissesine değil ana şirkete aittir. 150’den fazla tesis, 26 ABD eyaleti, dört Kanada eyaleti ve 17.000 MW hakkındaki eski rakamlar, bugünün doğrulanmış faaliyet dökümü olarak okunmamalıdır.

2.  First Solar

FSLR Fiyat Grafiği

First Solar (FSLR ), kadmiyum tellürür teknolojili ince film güneş modülleri üretir ve geri dönüşüm hizmeti sunar. Şirketi proje geliştirme, inşaat ve bakımın tamamını sunan bir sağlayıcı olarak tanımlayan eski açıklama güncelliğini yitirmiştir. ABD proje geliştirme ve Kuzey Amerika işletme-bakım faaliyetleri 2021’de, ilgili başka faaliyetler 2022’de satıldı. Şirketin kendi açıklaması, müşteriler için güneş enerjisi projeleri geliştirmediğini, inşa etmediğini ve bakımını yapmadığını belirtir.

3. SolarEdge Technologies

SEDG Fiyat Grafiği

SolarEdge Technologies (SEDG ), özellikle doğru akım güç optimize edicileri ve invertörler olmak üzere güneş enerjisi teknolojileri ve ilgili depolama-enerji yönetimi çözümleri sunar. Eski faaliyet listesi bugünkü portföyü bütünüyle yansıtmayabilir. Kasım 2024’te Güney Kore’deki Energy Storage bölümünün kapatılacağını duyurdu. Şirket, bu kararın konut ve ticari-endüstriyel güneş sistemleri için batarya satışlarını etkilemediğini de belirtti.

Gelecekteki olanaklar

Kendiliğinden birleşen optik boşluklar ile arka kontaklı mikro güneş hücreleri iki ayrı araştırma gelişmesidir. İkincisi doğrudan güneş hücreleriyle, birincisi ise nanofotonik üretim yöntemiyle ilgilidir. Birlikte, kuantum dalgalanmalarının ticari güneş panellerinin verimini şimdiden artırdığını kanıtlamazlar.

İleri araştırmalar ışığın yoğunlaştırılması, küçültme ve üretim maliyetlerinde gelişme sağlayabilir. Pratik kullanım; ölçülmüş verim, dayanıklılık ve maliyete bağlıdır. Bu çalışmalar enerji dönüşümüne katkı sunabilir, ancak belirli bir yaygınlaşma tarihi veya iklim değişikliğine tek başına çözüm garantisi vermez.