GÜNAM Bülteni - GUNAM

Akademik Yayınlarımızdan
PLAZMONİK SİSTEMLERDE YENİ KEŞİF
Sayı 1 / Temmuz 2016
GÜNAM’dan ve Türk, İtalyan, Alman kurumlarından araştırmacıların
yaptıkları ortak çalışma sonucunda plazmonik sistemlerin yeni keşfedilen
özelliği sayesinde; güneşin yakın kızıl ötesi dalga boylarındaki yayılımının,
silisyum gözelerin (hücrelerin) soğurma etkinliğinin en yüksek olduğu
görülür bölgeye çevrilerek göze etkinliğinin artırılmasında kullanımı
mümkün olacaktır. Çalışma ODTÜ, Bilim Akademisi ve TÜBİTAK tarafından
desteklenmiştir.
M. E. Tasgin, I. Salakhutdinov, D. Kendziora, M. K. Abak, D. Turkpence,
L. Piantanida, L. Fruk, M. Lazzarino, A. Bek, "Fluorescence excitation
by enhanced plasmon upconversion under continuous wave illumination",
Photonics and Nanostructures – Fundamentals and Applications 21 (2016)
32–43
Bu sayıda
GÜNAM’IN YENİ AR-GE
BİNASININ İNŞASI
SÜRÜYOR
İkinci harmonik çevrim arttırımının dalgaboyuna
bağlı olarak hesaplanması: (solda) Tamamen
plazmonik etki ve (sağda) Moleküler-plazmonik
ortak etki
RASTGELE DAĞILIMLI MİKRONALTI PİRAMİT YAPILARI
GÜNAM araştırmacısı ve ODTÜ öğretim üyesi Yrd. Doç. Dr. Selçuk Yerci
ile MIT bilim insanlarının ortak çalışmasında, kalınlıkları 5 ile 20 mikron
arasında değişen kristal silisyum güneş hücreleri için, ekstra üretim
maliyeti gerektiren periyodik düzene sahip ileri teknoloji ışık kapanı
yapıları kadar iyi performansa sahip ve aynı zamanda uygun-maliyetli
“rastgele dağılımlı mikronaltı boyutlarda piramit yapıları” geliştirildi.
Bu çalışma, periyodik yapıların daha yüksek performanslı ışık kapanı
üretimi için zorunlu olmadığını da göstermiş oldu.
M. S. Branham, W-C. Hsu, S. Yerci, J. Loomis, S. V. Boriskina,
B. R. Hoard, S. E. Han, A. Ebong, G. Chen, "Empirical Comparison of
Random and Periodic Surface Light-Trapping Structures for Ultrathin
Silicon Photovoltaics", Advanced Optical Materials (2016)
(a) Periyodik ters piramit ve (b) mikronaltı rastgele yüzey
dokusu taramalı elektron mikroskobu görüntüleri
SİYAH SİLİSYUM GÜNEŞ HÜCRELERİ
GÜNAM araştırmacılarının "Metal Destekli Aşındırma" yöntemi ile
silisyum yüzeyinde oluşturdukları nano-yapılar, yansımayı sıfıra
yakın bir değere indirerek, güneşten gelen enerjinin en az kayıpla
kullanılmasına olanak verecektir.
F. Es, M. Kulakci, R. Turan, “An Alternative Metal-Assisted Etching
Route for Texturing Silicon Wafers for Solar Cell Applications”,
IEEE Journal of Photovoltaics (2016)
Orta Doğu Teknik Üniversitesi
06800 Ankara
Tel: +90 312 210 76 51
Web: www.gunam.metu.edu.tr
E-mail: [email protected]
GÜNAM Bülteni
Çözelti konsantrasyonu ayarlanarak yüzeydeki yapıların
geometrisi kontrol edilebilmektedir (nano-tel, nano-koni).
Güneş Enerjisi Araştırma ve
Uygulama Merkezi (GÜNAM),
ulusal ve uluslararası
çalışmaları/projeleri kapsamında
güneş hücreleri üzerine AR-GE
çalışmalarını ve pilot üretimlerini
yapabilmek için, ODTÜ Kampüsü
içinde kendi AR-GE binasını inşa
ettiriyor. Bina, özellikle yeni nesil
yüksek verimli güneş hücrelerinin
geliştirilmesi ve pilot üretiminde
Türkiye’de bir ilk olacak.
Kalkınma Bakanlığı ve TÜBİTAK’ın
destekleri, güneş hücresi üretimi
için ekipman sağlayan dünyaca
ünlü Applied Materials, RENA,
Innolas gibi firmaların işbirlikleri ve
çeşitli disiplinlerden uzman
akademisyenler ile lisansüstü
çalışmalar yapan öğrencilerin
katkılarıyla inşası devam eden
binanın, ulusal ve uluslararası
düzeyde bir fotovoltaik teknoloji
transfer merkezi olarak da hizmet
vermesi hedefleniyor. Yeni AR-GE
binasının faaliyete geçmesi sonrası
yapılacak çalışmaların başında,
Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı
ve TÜBİTAK tarafından desteklenen
“Milli Güneş Enerjisi Santrali
(MİLGES) Geliştirilmesi Projesi”ne,
güneş hücre ve panellerinin üretimi
için danışmanlık ve AR-GE desteği
vermek yer alıyor.
Martin Green ODTÜ’de
2014 ve 2015 yıllarında “Thomson-Reuters Çok
Alıntılanan Araştırmacısı” ve “Mühendislik Alanında
Dünyanın En Etkili Bilimsel Akıllarından Biri” olarak
gösterilen, güneş hücreleri üzerine yaygın olarak
bilinen çeşitli kitaplar ile çok sayıda makalenin yazarı
olan Martin A. Green, GÜNAM PV Yaz Okulu 2016 ve
ODTÜ 60.Yıl etkinlikleri kapsamında ODTÜ’yü ziyaret
etti. Avustralya New South Wales Üniversitesi’nde
“Scientia” Profesörü ve aynı zamanda Avustralya
üniversitelerinin bir kısmının da parçası olduğu
Avustralya İleri Fotovoltaik Araştırma Merkezi’nin
direktörü olan Green, 13 Haziran’da ODTÜ Kültür ve
Kongre Merkezi Kemal Kurdaş Salonu’nda
“Fotovoltaik Teknolojisi: Gelecek için Güç Kaynağı”
başlıklı bir konuşma yaptı.
.
Martin Green, konuşmasını, günümüzün güneş
enerjisi dönüşüm teknolojilerinde önemli bir yer
tutan “fotovoltaik (PV) teknolojisi” üzerine
gerçekleştirdi. Green, bu teknolojinin odağında
bulunan ve güneş enerjisinin elektrik enerjisine
dönüşümünü sağlayan “güneş pilleri (ya da
bilimsel adıyla güneş hücreleri/gözeleri-solar
cells)” üzerine yapılan araştırma-geliştirme
çalışmalarının, yenilenebilir enerji kaynaklarının
geleceği içinde önemli bir yere sahip olacağını
belirtti.
Konuşması dahilinde, güneş enerjisinin yakın
gelecekte yenilenebilir enerji kaynaklarının
kullanımı içinde dikkat çekici bir paya sahip
olacağını da vurgulayan Martin Green, bu yönden
fotovoltaik teknolojisinin dünya genelindeki
yaygınlığının daha da artacağını açıkladı. Bu
doğrultuda, başta güneş ışığı-elektrik
dönüşümünde yaygın kullanılan “silisyum tabanlı
güneş hücreleri” için olmak üzere, daha yüksek
verimli ve daha düşük maliyetli güneş
hücrelerinin geliştirilme çalışmalarının da devam
ettiğini ifade etti.
TÜRK VE YABANCI
ARAŞTIRMACILAR
İLE PV DERSLERİ
GÜNAM’ın 13-24 Haziran 2016
tarihleri arasında ODTÜ Fizik
Bölümü binasında gerçekleşen
PV Yaz Okulu kapsamında, yurtiçi
ve yurtdışından 70 katılımcıya 2
haftaya yayılan teorik ve
uygulamalı eğitimler verildi. Yaz
okulunun ilk haftasında ODTÜ
içinden 3, ODTÜ dışından ise 8
konuk akademisyen ve
araştırmacı; uzmanlaştıkları
güneş hücresi teknolojileri, PV
güç elektroniği ve panel
teknolojileri konuları üzerine
teorik eğitimler verdi. Yaz
okulunun ikinci haftasında ise;
kayıt yaptıran katılımcılara
GÜNAM’ın araştırmacıları
tarafından, kristal silisyum güneş
hücresi üretim aşamaları üzerine
GÜNAM laboratuvarlarında
uygulamalı eğitimler verildi.
Yaz okulunun açılış derslerini
ODTÜ Elektrik ve Elektronik
Müh. Bölümü öğretim üyesi
SELÇUK YERCİ (Fundamentals of
Semiconductors and Solar Cells),
ODTÜ Fizik Bölümü öğretim
üyesi ALPAN BEK (Light
Management in Solar Cells) ve
GÜNAM Müdürü ve ODTÜ Fizik
Bölümü öğretim üyesi RAŞİT
TURAN (Overview of Solar Cell
Technologies) gerçekleştirdi.
ODTÜ dışından konuk olarak
eğitim veren isimler ise Martin A.
Green (UNSW-Avustralya),
Olindo Isabella (TU DelftHollanda), Robert S. Balog (Texas
A&M Üniv-ABD), Arif Sinan
Alagöz (TÜBİTAK MAM-Türkiye),
Rolf Brendel (ISFH-Almanya),
Giray Kartopu (Glyndŵr ÜnivUK), Elias Stathatos (TEIYunanistan) ve Ulrich Lemmer
(KIT-Almanya) oldu.
Silisyum Güneş
Hücrelerinin Verim
Yolculuğu
Bugüne kadar güneş enerjisi
literatürüne önemli katkıları olan
ve araştırma grubuyla birlikte
yaptığı çalışmaları, Elsevier’in
Enerji El Kitabı’ndaki “fotovoltaik
alanında tarihin en önemli 10
gelişmesi” arasına girme başarısı
göstermiş MARTIN A. GREEN, yaz
okulunda ders veren ilk konuk
araştırmacı oldu. Dersi dahilinde
Green, güneş hücreleri arasında
özellikle ticari anlamda fiyatperformans ürünü olarak
günümüzde en fazla kullanılan
“silisyum tabanlı güneş hücreleri”
için dünden bugüne AR-GE ve
verim arttırma çalışmalarından
bahsetti.
İnce Film Hücre
Tasarımı ve
Üretimi
‘Delft University of Technology
(Tu-Delft)’ bünyesinde
çalışmalarını yürüten OLINDO
ISABELLA, yaz okulu kapsamında
verdiği derste “ince film silisyum
güneş hücreleri”nin tasarım ve
üretimlerinde kullanılan
yöntemleri ve ileri teknikleri
anlattı. Solar energy:
Fundamentals, Technology and
Systems kitabının da
yazarlarından biri olan Isabella,
PV Yaz Okulu katılımcılarına
verdiği ders kapsamında “çokeklemli (TANDEM)” ve “plazmonik
ışık kapanlı” ince film güneş
hücreleri konularında da bilgi
verdi.
Organik PV
Teknolojisi
Güneş-elektrik dönüşümünün
gelişmekte olan teknolojilerinden
birisi olan “organik güneş
hücreleri”, verim olarak diğer
hücre tiplerinden daha geride
olsa da yapılan AR-GE çalışmaları
ile günlük yaşamdaki kullanımları
gittikçe önem kazanmakta. Yaz
okulunda ders veren konuklardan
‘Almanya-Karlsruhe Institute of
Technology’den ULI LEMMER,
yapılan çalışmalarla bu hücreler
için %13 mertebelerinde verim
değerlerine ulaşıldığından
bahsetti. Lemmer, gelişen organik
hücrelerin binalara entegre
olabilen, esnek, sensör ağlar için
enerji sağlayıcı uygulamalarda da
kullanılabildiğini belirtti.
ISFH-Almanya ve
Çalışmaları
PV Sistemlerde
Güç Elektroniği
Kurulduğu 1987 yılından bu
yana Almanya’nın önemli güneş
enerjisi araştırma
merkezlerinden biri olan
‘Institute for Solar Energy
Research Hamelin (ISFH)’in
direktörü ROLF BRENDEL de yaz
okulunda ders veren konuklar
arasındaydı. ISFH’nin
organizasyonel yapısını,
görevlerini ve yaptığı çalışmaları
anlatan Brendel, “PERC
(Passivated Emitter Rear
Contact)” tipi güneş hücrelerinin
üretim tekniklerinden ve
endüstriyel yönünden, hücre
ölçüm ve modellemelerinin nasıl
yapıldığından ve yeni
teknolojilerden de sözetti.
Texas A&M Üniversitesi’nde
‘Renewable Energy & Advanced
Power Electronics Research
Laboratory’nin direktörü olan
ROBERT S. BALOG, PVler
aracılığıyla güneş ışığından elde
edilen elektriğin kullanılabilir
hale getirildiği “güç elektroniği”
dersi ile yaz okuluna katkı
sağlayan konuklardan biriydi.
Perovskite ve
DSSC
Verim arttırma çalışmaları
içinde bugüne kadarki en hızlı
gelişimi göstermiş güneş
hücresi teknolojilerinden biri
olan “perovskite” ve düşük
maliyetli “dye-sensitized” güneş
hücreleri de PV Yaz Okulu’nun
konuları arasındaydı. Bu
hücrelerin yapısal özelliklerini,
üretim yöntemlerini ve AR-GE
çalışmaları doğrultusundaki
çeşitli teknik soruları konuk
eğitmen, ‘Technological
Educational Institute of
Western Greece’den ELIAS
STATHATOS anlattı. Stathatos,
bu teknolojilerin
avantajlarından ve ticari
yönden sorunlarından da
bahsetti.
Verdiği ders dahilinde
konusunu bir evin
gereksiniminden bir güneş
enerjisi santralinin kurulumuna
kadar farklı ihtiyaçlar ile de
ilişkilendiren Balog, bazı
problem çözümleri üzerinden
de örnekler verdi.
UYGULAMALI
“GÜNEŞ HÜCRESİ
ÜRETİMİ” EĞİTİMİ
PV Yaz Okulu 2016’nın ilk
haftasında, alanında
uzmanlaşmış konuk
akademisyen ve araştırmacıların
verdiği teorik eğitimlerin
ardından, kayıt yaptıran
katılımcılar için yaz okulunun
ikinci haftası boyunca GÜNAM
laboratuvarlarında “kristal
silisyum güneş hücresi üretim
aşamaları” üzerine uygulamalı
eğitimler verildi. Katılımcılar,
GÜNAM araştırmacılarından
aldıkları eğitimler ile “Temiz
Odaya Giriş”ten “Katkılama”ya,
“Metalizasyon”dan “I-V
Ölçümü”ne kadar kristal silisyum
güneş hücrelerinin baştan sona
tüm üretim aşamalarını pratik
yaparak öğrendi.
Güneş Paneli Teknolojileri
PV Yaz Okulu’nun büyük oranda güneş hücreleri üzerine konular içeren
ders programı içinde, güneş paneli üretim teknolojileri de vardı. Bu
konuda, TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi’nde araştırmacı olarak
çalışan ARİF SİNAN ALAGÖZ, “Module Technologies” başlıklı bir eğitim
verdi. Alagöz; hücre teknolojisine göre panel verimi, dünya genelindeki
üretim ve kurulu güç, panel fiyatları ve gelecek için senaryolar gibi
konulara da değindi.
İnce Film PVlerde CdTe ve CIGS
Yaz okulunda eğitim veren Türk konuklardan biri de
Birleşik Krallık’ta bulunan Glyndŵr Üniversitesi’nde
araştırmacı olan GİRAY KARTOPU oldu. Dersini “CdTe”
ve “CIGS” tipi hücre ve paneller üzerine yapan Kartopu,
bu teknolojilerin, piyasanın lideri olan silisyum tabanlı
PVler ile piyasadaki karşılaştırması hakkında da bilgi
verdi.
SOSYAL
ETKİNLİKLER
Yaz Okulu’nun teorik ve uygulamalı
eğitimleri yanında, konuk
araştırmacılar ve katılımcılar için
sosyal etkinlikler de düzenlendi. Bu
etkinlikler kapsamında “Kapadokya
ve Ankara Gezileri” ile “Mangal
Partisi” yapıldı.