Guangdong Teknik Üniversitesi araştırmacıları, odun hamuru ve biyoyakıt üretimi gibi süreçlerin yan ürünü olan lignini güneş hücrelerinde kullanılan gümüş pastaya ekledi. Optimize edilen formülasyon, HJT hücrelerinde güç dönüşüm verimliliğini yüzde 25,01’den yüzde 25,96’ya yükseltti.
Lignin, gümüş pasta reçinesinde denendi
Çalışma, kristal silisyumla ince amorf silisyum katmanlarını bir araya getiren heterojunction (HJT) güneş hücrelerine odaklandı. Hücre yüzeyindeki iletken metal kontaklar çoğunlukla yüksek miktarda gümüş içeren pastalarla basılıyor. Gümüş parçacıklarını yüzeye taşıyan reçineler de pastanın dayanıklılığını, yapışmasını ve kürlenme sürecini etkiliyor.
Geleneksel reçinelerin petrol bazlı olması maliyet ve sürdürülebilirlik açısından dezavantaj yaratıyor. Araştırmacılar bunun yerine bol bulunan, düşük maliyetli bir biyopolimer olan lignini değerlendirdi. Ligninin ultraviyole ışığı absorbe etmesi, antioksidan özellikleri, ısıl kararlılığı ve reaktif kimyasal grupları, reçine bileşeni olarak incelenmesini sağladı.
İlk yöntemde fraksiyonlarına ayrılmış alkali lignin, bisfenol F epoksi reçinenin bir kısmının yerine doğrudan kullanıldı. İkinci yöntemde lignin kimyasal olarak değiştirilip epoksitlenmiş lignine (LEP) dönüştürüldü. Bu yaklaşımda malzemenin yalnızca reçinenin bir bölümünün yerini alması değil, kürlenme sırasında oluşan kimyasal ağa da katılması amaçlandı. Deneylerde alkali lignin (AL) ve enzimatik hidroliz lignini (EHL) incelendi.
Temas direnci yüzde 62,43 azaldı
Analizlerde, özellikle optimize edilen LEP formülasyonunda gümüş parçacıklarının daha sıkı paketlendiği ve pasta içindeki boşlukların azaldığı görüldü. Bu durum gümüş elektrotlarla silisyum yüzey arasındaki teması iyileştirdi ve akımın ilerleyebileceği daha kesintisiz iletken yollar oluşturdu. Araştırmacılar, bu değişimlerin hücre içindeki elektriksel kayıpları azaltmaya yardımcı olduğunu belirtti.
Optimize edilmiş pastayla basılan metal parmakların en-boy oranı yüzde 89,57 arttı. Temas direnci yüzde 62,43 düşerken elektrotların yüzeye yapışması da iyileşti. Böylece lignin, petrol bazlı reçinenin bir bölümünü değiştirmekle kalmadı; kürlenme sırasında reçine ağına katılarak pastanın yapısal ve elektriksel özelliklerini de etkiledi.
Güç dönüşüm verimliliği yüzde 25,96’ya ulaştı
LEP bazlı gümüş pastanın kullanıldığı HJT hücrelerinde güç dönüşüm verimliliği yüzde 25,01’den yüzde 25,96’ya yükseldi. Araştırmacılara göre uygun miktarda epoksitlenmiş lignin, kürlenme ve çapraz bağlanma reaksiyonlarını destekleyerek gümüş pastada daha kararlı, üç boyutlu bir yapı oluşmasına katkı sağlıyor.
Bu yapı; pastanın akışını, baskıyla oluşturulan metal ızgaranın geometrisini, elektrot-silisyum temasını ve elektriksel iletkenliği iyileştiriyor. Bulgular, güneş hücrelerinde kullanılan petrol bazlı reçinelerin en azından bir bölümünün yenilenebilir ligninle değiştirilebileceğini ve bu malzemenin yüksek verimli HJT hücrelerinde üretim sürdürülebilirliğine katkı sağlayabileceğini ortaya koyuyor.
