Akademik Veri Yönetim Sistemi
IV. Ulusal Güneş ve Hidrojen Teknolojileri Kongresi, Eskişehir, Türkiye, 22 - 23 Mayıs 2014, ss.13
Fotovoltaik (PV) hücre olarak adlandırılan güneş hücresi, güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren bir opto-elektronik aygıttır. PV hücrede, yapımında kullanılan yarı iletken malzemenin bant aralığından daha büyük enerjiye sahip olan fotonlar, elektron-deşik çiftleri üreterek fotoakım oluştururlar. Bu aygıtlarda verimi sınırlayan en önemli etken, güneş spektrumunun tam olarak soğurulamamasıdır. Güneş hücreleri, c-Si, ince film, organik ve III-V grubu teknolojiye dayalı olmak üzere dört ana gruba ayrılmaktadır. Son zamanlarda, üçüncü nesil güneş hücreleri olarak da sınıflandırılan çok eklemli güneş hücreleri üzerindeki çalışmalar hız kazanmıştır. III-V grubu içerisinde yer alan yoğunlaştırıcılı fotovoltaik (CPV) teknolojisi, günümüzde kullanılan diğer PV’lerden farklı olarak yoğunlaştırılmış güneş enerjisi ve gün boyunca güneşi takip etmesi ile yüksek enerji dönüşümü sağlayan sitemlerdir. CPV teknolojilerindeki gelişmeler sayesinde bu modüllerin pazar payı gittikçe artacak duruma gelmektedir. Elektrik enerjisi üretmek için güneş enerjisini yoğunlaştırarak, özellikle küçük alanlı güneş hücresi üzerine odaklanması için yansıtıcı ayna veya merceklerin tasarlanması olarak adlandırılan yoğunlaştırıcı optik kavramı 1990’lı yıllarda; Modül halinde güç elde dilebilecek CPV’ler ise 2000’li yıllarda kullanılmaya başlanmıştır. III-V grubu yarıiletken bileşimlerle CPV hücrelerin geliştirilme ve ar-ge çalışmaları malzeme, aygıt tasarımı ve yansıma önleyici geliştirilmesi alanında araştırmalara ihtiyaç duymaktadır. Üç-eklemli GaInP/GaInAs/Ge CPV hücrelerin, yoğunlaştırılmış 500 güneş altında %40’lı verimlere ulaştığı bilinmektedir. Bu hücreler üzerinde yapılan çalışmalarındaki artışın başlıca gerekçesi güneş ışınımının bir optik sistemle hücre üzerine yoğunlaştırılması sonucunda yüksek verime ulaşılabilir olması ve böylece üretilen güç başına üretim maliyetlerinin azalmasıdır. Yüksek verimlilikleri ve radyasyon dayanımları, III-V grubu PV hücreleri uzay teknolojisinde öne çıkarmaktadır.
CPV hücreler tek, iki veya çok eklemli olarak üretilebilmektedir. Çok eklemli hücreler genellikle, birden fazla PV hücrenin üst üste büyütülmesi ile ardışık eklemlerden oluşur. Çok eklemli hücre kristalleri, güneş spektrumunun daha fazla bölgesinden yararlanmak hedefiyle, enerji aralığı Eg(1) olan hücre üzerine enerji aralığı Eg(2)>Eg(1) ve onun üzerine Eg(3)>Eg(2) olan hücrelerin büyütülmesiyle oluşturulur. Her bir hücre, yüksek katkılı bir tünel diyotla (P+N+-eklemi) birleştirilir. Ardışık eklemli PV hücre tasarımında hücreler arası akım uyumu, bant aralığı ve örgü uyumu temel tasarım parametreleridir. CPV hücre kristalleri epitaksiyel olarak Metal Organik Kimyasal Buhar Birikimi (MOCVD) ve Moleküler Demet Epitaksi (MBE) teknikleriyle büyütülebilmektedir. Hücre fabrikasyonu ise litografik tekniklere ihtiyaç duymaktadır. Yoğunlaştırıcılı PV sisteminin önemli bileşenlerinden biri de güneş ışığını yoğunlaştırarak hücre üzerine düşüren optik yoğunlaştırıcı birimdir. Bu bileşen, ayna ve mercek şeklinde geliştirilebilmektedir. Ayrıca, yoğunlaşma sonucu oluşan ısı, hücre alıcısı-ısı tankı vasıtasıyla sistemden uzaklaştırılmaktadır.
Bu sunumda, CPV teknolojisi ve bileşenleri alanında dünyadaki gelişmeler ve Gazi Üniversitesi Fotonik Araştırma Merkezinde gerçekleştirilen çalışmalar anlatılacaktır.