15.01.2008 Enerji Verimliliği Konferansı11-12 Ocak 2008

1

BOYA ve TİTANYUM ESASLI GÜNEŞPİLİ MODÜL TASARIMI, ÜRETİMİ VE

KARARLILIK TESTLERİTÜBİTAK 1007-Proje Teklifi

E.İ.E. – E.Ü. G.E.E. – Şişecam

Yrd. Doç. Dr. Ceylan ZAFERProf. Dr. Sıddık İÇLİ

Ege Üniversitesi Güneş Enerjisi Enstitüsü

2

3

FOTOVOLTAİK PİLLERI. 1inci Nesil

• Tek kristal Si• Çok kristal Si

II. 2nci Nesil (Düşük maliyetli-İnce Film Teknolojisi)• Amorf Si• İnce Film Si• CuInSe2• CdTe• Organik Boya Sensörlü Güneş Pilleri• Plastik Güneş Pilleri (moleküler ve polimerik)

III. 3üncü Nesil• Yüksek verimli çok kavşaklı tandem piller• Sıcak elektron dönüştürücüleri• Kuantum parçacık güneş pilleri

4

Mevcut Teknolojiler

• Silisyum esaslı güneş pilleri, yüksek saflıkta silisyum kristali üretimi ve p-n

köprüsü sağlayacak kimyasalların yerleştirme teknolojisinin zorluğu nedenleri ile

fabrika direkt satış fiatları 4-5 $/W değerlerinin altına inememekte, Türkiye içinde

ise bu maliyetler 2-3 kat artmaktadır.

• Dünya’da silisyum pilleri üretimi hızla artsa da, üretim yapan ülkelerdeki (ABD,

Almanya, Japonya, Çin, Avustralya, Hindistan, Fransa) üretime oranla, daha fazla

olan talepler uluslar arası piyasada satış değerlerinin yükselmesine neden

olmaktadır.

• Alternatif teknoloji olan ikinci nesil İnce Film Güneş Pili teknolojileri’ nin(Ga-As,

GaAs/CuInSe2, CdTe/Cu2Te, CdS/CdTe, …), satış fiyatları, silisyum pillerinin de

çok üzerinde yüksek maliyetleri nedeni ile ekonomik maliyetli üretim yakın

gelecekte mümkün görünmemektedir.

5

Geliştirmeye elverişli– ultra düşük maliyet, ultra verim, yeni malzemeler, yeni kimya ve yeni fizik

- Eksitonik piller (boya esaslı piller, yarıiletken polimerler, moleküler yarıiletkenler)- Kuantum nokta piller

Ideal StructureIdeal Structure

GlassMo

NanotanecikCIGS

malzeme

Gelecek Nesil PV Teknolojileri

6Şekil 1. Organik Boya Esaslı Nano-kristal Yapılı TiO2 Güneş Pilinin Yapısı

Organik Boya Esaslı Nano-kristal Yapılı TiO2 Güneş Pilinin Yapısı

ORGANİK BOYA ESASLI NANO-KRİSTAL YAPILIİNCE FİLM GÜNEŞ PİLLERİ

7

TCO

VB

TiO2

CB

S/S+

S*/S+

3,7eV ELEKTROLİT(I-/I3-)

4,85 eV

4,2eV

7,4eV

4,7eV

SayıcıElektrot

∆V=Voc

EF

6,1eV

Boya

ORGANİK BOYA ESASLI GÜNEŞ PİLİ NASIL ÇALIŞIYOR ?

e

e

e

e

yük

8

9

Modül üretimi

10

PROJENİN AMACI

Projenin ana amacı ve temel çıktısı, tamamen ulusal kaynaklarla OGP

panellerin, iletken cam altlık geliştirme aşamasından başlamak üzere,

üretimi, yıllık performans izlemelerinin yapılması ve EİE nin, henüz

gelişmekte olan OGP teknolojileri ile ilgili ulusal kaynak ve veri

eksikliklerinin tamamlanmasıdır.

11

Projeye dahil olan ve gerçekleştirilmesi planlanan işler:

• Güneş pili sistemleri için ticari mevcutlarından daha kaliteli (Rs< 5ohm/cm)

iletken cam altlık (ITO-FTO) geliştirme,

• Yarıiletken oksit nano-kristalleri büyük ölçekte üretmek ve ince film kaplanması

• Hücre performans iyileştirme,

• Modül üretimi ve performans ölçümleri,

• Laboratuar koşullarında (iklimlendirme kabini) dayanım testlerini yapılması,

• Modül performans değişimlerinin, iki merkezde yıllık izlemesinin yapılması,

şeklinde tanımlanabilir.

PROJENİN ÇIKTILARI

Tamamı değerlendirildiğinde, teknolojik gelişme sonucu elde edilecek patentler,TUBİTAK a verilecek yıllık gelişme raporları, ülkemizin 2 ilinde pilot uygulama ve uygulama verileri, ulusal kaynaklarla malzeme (iletken cam altlık ve OGP panel) üretim ve geliştirilmesi, SCI’ de taranan dergilerde bilimsel yayın olarak değerlendirme, projenin temel çıktılarıdır.

12

ÇIKTILARIN UYGULAMAYA AKTARILMASI

a) Uygulamaya Aktarım Adım ve Mekanizmaları

1. Sunulan projenin bitiminden itibaren 24 ay süre boyunca projede üretilen

modüller yıl boyunca test edilecek ve bu modüllerin aylık performansı ölçülerek

bir performans raporu hazırlanacaktır.

2. OGP güneş pillerinin tanıtılması, uygulamaya aktarılması ve yaygınlaştırılması

için kamu, sanayi, belediyeler ve sivil toplum kuruluşları işbirliği ile çalışmalar

yapılacaktır.

3. Kullanımın yurt çapında yaygınlaşmasının önündeki engeller belirlenecek, bu

engellerin ortadan kaldırılması yönünde gerekli yasal düzenlemeler

hazırlanacaktır.

13

b) Uygulamaya Aktarım Süresi ve Takvimi

Proje çıktılarının uygulamaya aktarım süreci proje bitiminden başlayacaktır ve 24 aylık sürede gerçekleşecektir.

1-3 4-6 7-9 10-12 13-15 16-18 19-21 22-24

1 Modüllerin test edilmesi ve test raporunun hazırlanması

2 Tanıtım ve uygulamaya aktarım çalışmalarının yapılması

3 Engellerin belirlenmesi ve yasal mevzuatın hazırlanması

14

Proje İş Dağılım Ağacı (İDA) ve İş Paketleri (İP)

IP No İDASeviyesi İş Paketi Ad Özet İş Tanımı

1 1Malzeme ve Hücre Geliştirilmesi

Malzeme geliştirme; performansı yüksek iletken camların hazırlanması, nc-yarıiletken pasta hazırlığı. Hücrelerin yapımı

2 2

Hücre & modülPerformansları

Laboratuvar performans ölçümleri ve laboratuvar ve dış ortam bu ölçümler arasında anlamlı karşılaştırma yapılmasına hizmet edecek ölçüm proseslerinin tanımlanması

3 3 Modül laminasyonu ile panel üretimi

Yüksek verim garantili laminasyon yöntemlerinin geliştirilmesi

4 4 İklimlendirme kabininde kararlılık testleri

Üretilen modüllerin laboratuar ortamında dayanım ve güç değişim testlerinin yapılması

5 5

Atmosferik koşullarda yıl boyunca günlük I-V performans ölçümleri

2 Ayrı merkezde, İzmir ve İstanbul, yıl boyunca değişen hava koşulları ve gün içerisinde değişen hava yoğunluğu (AM) altında modül performanslarının izlenmesi ve ticari c-Si modüller ile karşılaştırılması.

6 6 Proje Yönetimi Projenin amaçlarına uygun ilerlemesinin sağlanması, raporlama ve denetleme konularından sorumlu olma

15

Kararlılık Testleri

Fraunhofer ISE’de yapılan çalışmada nc-OGP lerin kimyasal dayanımı incelenmiştir. Gerçek dış ortam dayanımlarının tespit edilmesi için yaşlandırma çalışmaları yapılmışve pek çok stres etmeni test edilmiştir; görünür ışık, UV ışığı ve sıcaklık gibi. Bozunmabasamakları açıklanmaya çalışılmıştır

Şekil 2. a) 4 cm2 aktif alana sahip, 5 ayrı nc-OGP hücresi, b) 1 sun a eşdeğer kükürt lambası altında ışıkdayanım testlerine tabi tutulan 4 cm2 lik aktif alana sahip 60 hücre.

a) b)

16

Şekil 3. N719 boyası, P25 TiO2 ve metoksipropiyonitril içinde 0.6M hekzilmetilimidazolyum iyodür, 0.1M LiI, 0.05M I2, 0.5 M 4-t-bütilpiridin içeren elektrolit ile hazırlanan nc-OGP nin 45 oC ve 1000 W/m2 ışınım altında akım-voltaj eğrilerinin değişimi.

17

Şekil 4: 4 cm2 aktif alana sahip OGP’nin 60 oC ve 85 oC’de yapılan kararlılık testleri

18

UV-KARARLILIK

19

a) b)Şekil 5. 10cmx10cm lik 64 adet hücrenin seri bağlanması ile oluşturulan OGP modüllerinin a) güneşli günlerde yapılan ölçümler, b) bulutlu günlerde yapılan ölçümler. Çıkış gücü 1 kW modüle dönüştürülmüştür.

Şekil 6. Dört nc-OGP modülünden eldeedilen çıkışın bir yarıyıl boyunca değişimi

20

OGP’lerin Silisyum Pillerine Göre Avantajları

Düşük maliyet ve kolay üretimPerformans sıcaklıkla artmaktadırÇift yüzlü konfigurasyon-difüz ışık için avantajVerim ışığın geliş açısından çok az etkilenmektedirEnerji pencereleri için şeffaflıkRenk kullanılan boya ile değişmektedir- yakın IR’desoğuran boyalar ile renksiz pil üretilebilirDüşük enerji içeriği (silisyum için: 5 GJ/m2 !), geri-ödeme zamanı sadece birkaç ay, silisyum için yıllar.Türkiye için uygun teknoloji

212005 yılıVerim: %3

Tarihsel Gelişim

2003 yılı2001 yılı 2005 yılı

Şekil 9. 2006 yılında EGE GEE de üretilen 30 cm x 60 cm boyutlarında OGP modülü

Verim: %3,5

22

23

24