Silikon panellərlə başlayan günəş enerjisi səyahəti son illərdə yeni nəsil perovskit əsaslı elementlərlə tamamilə fərqli bir sürət qazanıb. Lakin, təbiətinə görə, günəş panellərinin ən böyük düşməni həmişə buludlar və yağış olub. Hava buludlu olduqda istehsal azalır, güclü yağış isə xüsusilə həssas materiallar üçün ciddi risk yaradır. İspaniyada aparılan yeni bir araşdırma bu tənliyi tərsinə çevirə biləcək bir yanaşma təklif edir: İspan tədqiqatçıları yağışdan elektrik enerjisi istehsal edən hibrid günəş paneli hazırlayıblar.
İspaniyanın Sevilya şəhərindəki Material Elmləri İnstitutunun (ICMS) tədqiqatçıları tərəfindən hazırlanan cihaz yalnız günəş işığını deyil, həm də yağış damcılarının kinetik enerjisini elektrikə çevirə bilər. Sistem, yüksək səmərəli perovskit günəş batareyasına tətbiq olunan, cəmi 100 nanometr qalınlığında nazik Teflon kimi bir təbəqədən ibarətdir. Bildiyiniz kimi, perovskit günəş batareyaları son illərdə bərpa olunan enerji dünyasının sevimlisinə çevrilib. Silikonla müqayisədə istehsal xərclərinin daha aşağı olması və bir neçə il ərzində səmərəliliyin təxminən 4%-dən 25%-ə qədər artması bu materialı olduqca cəlbedici edir. Lakin, halogenləşdirilmiş perovskitlərin ən böyük problemi onların nəmə qarşı həddindən artıq həssaslığıdır. Yüksək rütubət və ya su ilə birbaşa təmas bu kristal strukturları tez bir zamanda parçalaya bilər və onları qurğuşun yodidinə bənzər sarımtıl, funksional olmayan bir quruluşa çevirə bilər. Buna görə də, yağış yalnız perovskit hüceyrələri üçün istehsalını azaldan amil deyil; həm də birbaşa təhlükədir. Məhz bu, ICMS komandasının işini vacib edir: yağışın zərərli təsirlərini aradan qaldırmaqla yanaşı, onu əlavə enerji mənbəyinə çevirir.
Bildiyiniz kimi, perovskit günəş batareyaları son illərdə bərpa olunan enerji dünyasının sevimlisinə çevrilib. Silikonla müqayisədə istehsal xərclərinin daha aşağı olması və bir neçə il ərzində səmərəliliyin təxminən 4%-dən 25%-ə qədər artması bu materialı olduqca cəlbedici edir. Lakin, halogenləşdirilmiş perovskitlərin ən böyük problemi onların nəmə qarşı həddindən artıq həssaslığıdır. Yüksək rütubət və ya su ilə birbaşa təmas bu kristal strukturları tez bir zamanda parçalaya bilər və onları qurğuşun yodidinə bənzər sarımtıl, funksional olmayan bir quruluşa çevirə bilər. Buna görə də, yağış yalnız perovskit hüceyrələri üçün istehsalını azaldan amil deyil; həm də birbaşa təhlükədir. Məhz bu, ICMS komandasının işini vacib edir: yağışın zərərli təsirlərini aradan qaldırmaqla yanaşı, onu əlavə enerji mənbəyinə çevirir.
İşlənib hazırlanmış hibrid panel “triboelektrik effekt” adlanan fiziki prinsipdən istifadə edir. Bu effekt iki fərqli material təmasda olduqda və ayrıldıqda onlar arasında elektrik yükü fərqinin yaranmasına əsaslanır. Yağış damcısı xüsusi işlənmiş səthə dəydikdə və sürüşdükdə, sürtünmə səbəbindən yük ayrılması baş verir. Məsələn, damcı səthdə müsbət ionlar buraxır, səth isə mənfi yüklənir. Bu potensial fərq daha sonra toplanır və elektrik enerjisinə çevrilir. Tədqiqat qrupu, Plazma Yardımlı Kimyəvi Buxar Çöküntüsü (PECVD) metodundan istifadə edərək qoruyucu və funksional örtüyü birbaşa otaq temperaturunda və həlledicilər olmadan hüceyrənin üzərinə yetişdirdi. Bu detal çox vacibdir, çünki perovskit təbəqələri yüksək temperatur və ya kimyəvi həlledicilər tərəfindən asanlıqla zədələnə bilər. 100 nanometrlik flüorlu polimer örtük üç əsas funksiyaya xidmət edir:
- Hidrofob qoruma: Su ilə təmas bucağını 110 dərəcəyə qədər artırmaqla hüceyrənin nəmə qarşı müqavimətini təxminən ikiqat artırır.
- Optik gücləndirmə: Günəş enerjisindən əldə edilən səmərəliliyi dəstəkləyərək əks itkisini azaldır və işıq keçiriciliyini 90%-dən çox artırır.
- Damcı əsaslı triboelektrik nanogenerator (D-TENG): Yağış damcısının zərbəsi və sürüşməsi nəticəsində yaranan yük fərqini elektrik enerjisinə çevirir.
Laboratoriya sınaqlarında optimallaşdırılmış örtük tək bir yağış damcısının zərbəsi ilə 110 volta qədər açıq dövrəli gərginlik pikini yarada bildi. Ümumi güc sıxlığı kvadrat santimetr üçün təxminən 4 millivattdır. Bu dəyər genişmiqyaslı enerji istehsalı üçün aşağı olsa da, aşağı güclü elektron sistemlər üçün kifayət hesab olunur. Tədqiqatçılar həmçinin laboratoriyada öz-özünə doldurulan prototip hazırladılar. Xüsusi “gücləndirici çevirici” dövrəsindən istifadə edərək enerji gücləndirildi və sistem günəş işığı altında qırmızı LED massivini davamlı olaraq enerji ilə təmin etdi, yaşıl LED-lər isə hər yağış damcısı zərbəsi ilə yanıb-söndü. Bu, eyni platformada həm fotovoltaik, həm də triboelektrik generasiyanı nümayiş etdirib.
