GÜNEŞ ENERJİSİNİN KİMYASI ve TÜRKİYE’DE SOLAR CELL ÜRETİMİ

Her atom positiv yüklü bir çekirdekten ve etrafındaki yörüngelerinde bulunan negatif yüklü elektronlardan oluşur. En dış yörüngesinde 8 adet elektron bulunan atomlara “ kararlı atom yapısı”  denir. Kararlı atomlar diğer atomlar ile bir ilişkiye (tepkimeye) kolay kolay girmezler. Ancak en dış bağında 4 adet elektron bulunduran atomlar  vardır. Bu  atomlara “kararsız atom” denir. Bu atomlar kararlı bir yapı oluşturmak için (yani en dış bağını 8 elektron ile yapmak için)  ya 4 elektronu vermek yada 4 elektron daha alıp “kararlı atom” olmak isterler.

Kararsız bir atomun elektronlarına gelen bir ışık (foton) tanesinin enerjisi (E= hxV) yeterli ise kovalent bağında bulunan elektronlar kararlı yapı oluşturmak için harekete geçmek isterler. Örneğin alkali metal olan  Si (Silisyum) , Li (Lityum) , Cs (Sezyum)  gibi atomların dış bağında bulunan elektronlara yeterli miktarda ışık tanesi yani foton çarptığında bu elektronları harekete geçirir ve bu elektronlar diğer atomun elektronları ile  tepkimeye girmek isteyip kararlı yapı oluşturmak isterler. Bu nedenle güneş hücreleri yarı iletken malzemelerden yapılır .Bu elektronların harekete geçmesi (verilmesi)  ile oluşan manyetik alanda elektrik enerjisi meydana gelir. Ancak kararsız atomların elektronlarının gideceği bir başka element daha olmalıdır ki kararsız yapıdaki elektronlar diğer  atomun kovalent bağındaki elektronlar ile tepkimeye girmek isterler.

Bu nedenle güneş enerjisinden elektrik üretilmesi için yarı iletken malzemeler seçilir. Bu yarı iletkenlerden en çok kullanılan Silisyum (Si) olup diğerleri Germanyum (Ge), Selen (Se), Galyumarsenid (GaAs), Galyumposfat (GaP), Cadyumsülfit ( CdS), CadyumTerilyum (CdTe) dur.

Elektrik üretecek  yarı iletken yapının içinde 10^ 10 Silisyum atomu içerisinde en fazla 1 adet yabancı atom bulunması gerekir. Aksi takdirde istenen akseptörler (P)  ile donatörler (N)  arasında bulunna “yasak bölge” de elektron alış-verişi   istenilen düzeyde yapılamaz. Bu nedenle güneş enerjisi üretecek bir yarı iletken yapmak yüksek bir teknolojiyi gerektirir. Bu teknoloji ile üretin elektrik doğru akım (DC) dir.

Yukarıda kısaca anlatılan elektronların transferi ile oluşturulan manyetik alanda elektrik meydana gelmektedir. Burada üretilen elektrik ışığın şiddetine bağlı kimyasal bir tepkime ile olduğundan solar enerji üretimi aslında kimyasal bir enerji türü olup elektrik üretimi kimyasal reaksiyon ile meydana gelir.

Dünya’da ilk güneş enerjisinden elektrik üretimi hücresi (solarsell) 1954 yılında bulunmuştur. İlk kullanım alanı ise  uzay çalışmalarında olmuştur.1958 yılında yapılan uzay mekiğinde pratik olarak kullanılmış ve mekiğin elektrik üretimi güneş panelleri ile yapılmıştır. O tarihlerde güneş panellerinin çok yüksek olması nedeni ile bu teknoloji  yer yüzünde kullanımı sadece laboratuvar çalışmalarında olmuştur.

1973 enerji krizi ve 1986 yılındaki Çernobil nükleer santral kazaları nedeni ile güneş enerjisinin kullanımı önem kazanmaya başlamış ve talepler doğrultusunda panel fiyatları düşmeye başlamıştır. Dünya’da güneş panellerine  Telekomünikasyon , Sulama Sistemleri ile  köyler ve bağ evlerinde kullanılmaya başlanmıştır. Panel verimi %15 olan değer bugünün teknolojisinde %22 ye kadar çıkmıştır.

Ülkemizde güneş enerjisinden güneş panellerinin üretimi 2013 yılında Lisanslı/Lisansız elektrik üretim yasalarının çıkması ile kurulmaya başlanmış olup Güneş panellerinin içerisinde bulunan ve elektrik üretimi yapan solar cell  üretimine  2024 yılında 414 milyon dolar yatırım yapılarak başlanmıştır. (Kelimeler: güneş enerjisinin kimyası, silisyum, yarı iletken, kimyasal enerji,kovalent bağ, elektron,güneş paneli, foton,yarı iletken, verim,lisanslı, lisanssız)