en
Ana Sayfa
KUZEY KIBRIS KAMPUSU

Küresel enerji problemine çözüm arayışları: Düşük maliyetli güneş pilleri

Düşük Maliyetli ve Sürdürülebilir Boya Duyarlı Güneş Pilleri: DSCC Uygulamaları için Fotokararlı ve Fotoaktif Perilen İmide Türevinin Sentezi  (12 Şubat 2014 – 31 Aralık 2016)

Dünyanın enerji  talebi ve tüketimi artmaktadır, bu nedenle temiz, ucuz ve yenilenebilir yakıtlara sorunsuz geçişi sağlayacak yollar bulmak zorundayız. Güneş ışığı gezegenimizdeki en bol enerji kaynağıdır, dolayısıyla güneş ışığını elektrik enerjisine dönüştürecek aygıtların geliştirilmesi yönünde artan bir ilgi vardır. Güneş enerjisini ekonomik hale getirmek, 21. yüzyılın öncelikli mühendislik problemleri (grand challenges) arasında ilk sıralarda yer almaktadır.

Fotovoltaik (PV) teknoloji güneşten gelen enerjiyi kullanır. PV hücreleri güneşten gelen ışığı doğrudan elektrik enerjisine dönüştürür. Hücrede kullanılan  emici malzemelere bağlı olmak üzere çeşitli fotovoltaik teknolojileri vardır. Bunların arasında Boya Duyarlı Güneş Pilleri (DSSCs) ucuz ve geliştirilmeye müsait alternatif teknolojidir. Fotovoltaik etki yüz yıldan fazladır biliniyor olsa da, aslında ilk olarak yeşil bitkilerin öncülü olan fotosentetik bakteriler tarafından 3 milyar yıl önce kullanılmıştır, yani bizim de doğadan öğreneceğimiz çok şey vardır. Fotosentezin ilk iki basamağı güneşten gelen fotonların emilmesini ve bu enerjinin elektron akımına dönüştürülmesini içerir. DSSC fotosentezin bu ilk iki basamağını taklit etmeye çalışan bir teknolojidir.

DSSC’lerin diğer mevcut fotovoltaik teknolojilere kıyasla bazı avantajları vardır:

i. Üretilmeleri çok daha ucuzdur,
ii. Kullanılan malzemelerin daha az toksik olduğu değerlendirilmektedir,
iii. Bulutlu günler ya da dolaylı ışık gibi sınırlı koşullarda da, geniş bir sıcaklık aralığında da çalışabilmektedir.
iv. Esnek malzemeler gibi birçok değişik malzeme kullanılarak üretilebilmekte, ve cam-pencere gibi geçirgen malzemeler üzerinde de kullanılabilmektedir.

Bu güne kadar geliştirilen DSSC’ler yalnızca yüzde 12 düzeyinde verimlilik göstermiştir. Yeni nesil temiz enerji teknolojilerinin gelişmesi ancak yeni malzemelerin geliştirilmesiyle mümkün olacaktır. Bundan dolayı, bizim soruna yaklaşımımız belirli bir sınıftaki ve DSSC uygulamalarında uyarıcı (sensitizör) olarak kullanılabilecek boya maddelerinin yapı-özellik ilişkilerini inceleme üzerine kurulmuştur.

Projenin başlıca hedefi, yeni organik boya moleküllerinin tasarımı, sentezi ve DSSC uygulamalarında sensitizör olarak kullanılabilirliklerinin araştırılmasıdır. Odak noktamız malzemelerin sentezi, karakterizasyonu ve fotofiziksel, optik ve yapısal özelliklerinin incelenmesi olmuştur. Bu çerçevede, bazı özgün boya molekülleri hazırlanmış, bunların güneş pilleri ile ilintili yapı-özellik ilişkileri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar bu moleküllerin geniş dalgaboyu aralığında güneş ışığını emebildiğini, etkin foton emicilikleri olduğunu, işlenebilirliklerinin yüksek olduğunu ve termal kararlılığa sahip olduklarını ortaya koymuştur. Bu çalışma sırasında Ankara Kampusu Kimya Bölümünün son teknoloji imkanlarından da zaman zaman yararlanılmıştır

Halen bir master bir de dördüncü sınıf lisans öğrencisi yapısal olarak tamamlanan projemizdeki moleküllerle ilişkili boya malzemelerinin sentezi üzerine çalışmalar yürütmektedir. Bu çalışmalar yapısal değişiklikler arz eden fakat birbiriyle ilişkili moleküllerin özelliklerini karşılaştırmamıza ve anlamamıza yardımcı olacaktır. Bunun yanında, hazırladığımız boya malzemelerinin elektrokimyasal özelliklerini inceleyerek indirgenme-yükseltgenme ve band-aralığı gibi özelliklerini incelemeyi planlamaktayız.

Bu çalışmanın ana hedef kitlesi araştırma kuruluşları, araştırma grupları, kimya ve malzeme bilimi alanlarında çalışan bilim adamları, fotovoltaik alanında teknoloji geliştiricileri ve her seviyede üniversite öğrencileridir. Bunun yanında araştırma çıktıları bu alanda politika ve strateji geliştiren devlet kuruluşlarına bilgi sağlayabilmektedir.

Çalışmalarımız yakın zamanda bilimsel dergilerde makale olarak yayınlanacak ve uluslararası bir konferansta sunulacaktır. Araştırma hedeflerimizin ve proje çıktılarımızın paylaşılması, işletmeler, devlet, ve bilim kuruluşları ile ilişki ve işbirlikleri kurmaya yarayacağı gibi, toplumsal farkındalığın arttırılmasına da yardımcı olacaktır.

Sonuç olarak, kampus araştırma fonundan desteklenen bu proje bize ODTÜ-Kuzey Kıbrıs Kampusu bünyesinde işlevsel bir sentetik organik kimya araştırma laboratuvarı kurma imkanını vermiştir. Öğrencilerimiz bu laboratuvarda araştırma faaliyetlerine katılma şansı bulmaktadır. Daha genel anlamda ise bizim de araştırmalarımız ile bir parçası olduğumuz küresel bilim topluluğunun bu alandaki çalışmaları, sonunda, tüm insanların temiz ve ucuz enerjiye erişebilmelerini  sağlayacaktır.

Araştırma Grubu

Proje yürütücüsü Dr. Öğr. Üyesi Mustafa Erkut Özser, eğitimini Ankara-Türkiye, Southampton-Birleşik Krallık, Mülheim-Almanya ve Magusa-Kuzey Kıbrıs’ta aldi. Doktora araştırmalarını sentetik ve mekanistik fotokimya alanında Mülheim-Almanya’da Max-Planck Enstütüsünde yapti. Doktora sonrası araştırma bursları ile Miami-ABD ve Edinburgh-Birleşik Krallık’ta kinetik veya fotodönüşür özellikler gösteren küçük  fonksiyonel moleküllerin tasarımı ve sentezi üzerine çalıştı. ODTÜ-KKK’ne 2013 yılında katıldı ve halen Boya Duyarlı Güneş Pilleri (DSSC) uygulamalarında kullanılabilecek boya moleküllerinin sentezi üzerine araştırmalar yapmaktadır.

Proje ekibinde yürütücü dışında Dr. Süleyman Aşır da araştırmacı olarak yer almıştır. Dr. Aşır’ın projeden ayrılmasından sonra yüksek lisans öğrencisi Samuel Asumadu-Sarkodie ile devam edilmiş, bu dönemde bir başka master öğrencisi Obaidullah Mohiuddin ve Kimya Mühendisliği Programı 3. sınıf öğrencisi Gözde Özeşme araştırma grubuna katılmıştır. Öğrenciler yürütücünün danışmanlığında boya moleküllerinin sentez ve saflaştırma gibi temel laboratuvar çalışmalarını gerçekleştirmişlerdir.

 

- Geçmişte yayınlanan ve kampusumuzda çalışmaları devam eden araştırma haberlerini okumak için tıklayınız.