Güneş pilleri güneşten aldığı enerjiyi elektriğe dönüştüren cihazlardır. Yüksek verimli güneş pilleri fazlaca işlenmiş silikondan yapılırlar ve bunları üretmek için büyük fabrikalar, yüksek sıcalıklar, vakum deneyleri ve bolca para gereklidir.

Bizim yapacağımız güneş pilinde ise verimliliği önemli ölçüde feda edip sistemi ucuza kapatmaya en önemlisi sistemi evimizde üretmeye çalışacağız.

Yapacağımız güneş pilinde silikon yerine bakır oksit kullanacağız. Bakır oksit fotoelektrik özellik gösteren bilinen ilk materyaldir.

Albert Einsten’ı Nobel ödülüne ve görecelik kuramına götüren şey de fotoelektrik etkinin nası oluştuğunu düşünmesi olmuştur.

Malzemeler:

1. Bir adet 500 cm² alanında bakır kaplama sac. Nalburlardan temin edebilirsiniz.
2. 2 timsah başlı klipsli kablo.
3. Elektrikli ısıtıcı.
4. Kapak kısmı kesilmiş 2 litrelik temiz bir pet şişe.
5. Sofra tuzu
6. Zımpara
7. Bakır sacı kesmek için metal keskisi

Yapılışı

Benim ısıtıcım buna benziyor:

İlk adımınız bakır sacı ocağa sığacak şekilde kesmek olacak. Ama öncelikle üzerine el yağı bulaşmaması için ellerinizi iyice yıkayın. Daha sonra bakır sacın üzerindeki yağlardan kurtulmak için sacı sabunla iyice yıkayın. Zımparayla üzerini zımparalayın, böylece üzerinde sülfit ya da diğer hafif korozyonların kalmadığından emin olun.

Sonra temizlenmiş ve kurutulmuş bakır sacı ısıtıcının üzerine koyun ve ısıtıcıyı en yüksek seviyeye getirin.

Bakır ısındıkça oksitlenmeden kaynaklanan çok güzel şekiller göreceksiniz.

Bakır ısındıkça renkler, bakır oksitin siyah bir kaplamasıyla yer değiştirir. Bu istediğimiz bir şey değildir. Bunu daha sonra çıkartacağız. İstediğimiz renkler bunun altındadır.

Son renk parçaları ısıtıcı kırmızıya kaçtıkça kaybolur.

Isıtıcı iyice kızardıkça bakır sac siyah bir bakır oksit tabakasıyla kaplanır. Yarım saat daha pişmesine izin verin böylece kaplama daha kalın bir hale gelir. Kaplamanın kalınlığının artması önemlidir, çünkü ince tabaka bakıra yapışabilir ama kalın tabaka rahatlıkla ayrılır.

Yarım saatlik bir pişirmeden sonra ısıtıcı kapatın ve bakırı, ısıtıcının üzerinde yavaşça soğumaya bırakın. Eğer çok hızlı soğutursanız siyah oksit bakıra yapışır.

Bakır soğudukça çeker. Siyah bakır oksitte çeker ama çekme oranları farklı olduğu için siyah bakır oksit ayrılır.

Bakır oda sıcaklığına soğuduğunda (bu yaklaşık 20 dakika alır) siyah oksit büyük ölçüde ayrılır. Suyun altında birazcık ovalamayla küçük parçalarında çoğundan kurtulursunuz. Bütün siyah noktaları komple çıkarmaya çalışmayın çünkü bunu yaparken bize lazım olan kırmızı bakır oksit tabakasını da zedeleyebilirsiniz. Yumuşak davaranarak siyahlıkları büyük ölçüde çıkarmaya çalışın.

Geriye kalan iş artık çok kolay.

Yaklaşık aynı büyüklükte başka bir bakır sac kesin. İki parçayı da plastik şişeye sığacak ve biribirine değmeyecek şekilde kibarca bükün.

İki klipsli kablodan birini yeni bakır saca diğerini de bakır oksit kaplı tabakaya yerleştirin. Temiz bakır plaka + kutup, bakır oksit kaplı olan – kutuptur.

Şimdi birkaç yemek kaşığı tuzu biraz sıcak çeşme suyu içerisinde çözün. Bütün tuz çözünmeli. Daha sonra tuzlu suyu pet şişenin içine dikkatlice boşaltın. Klipslerin ıslanmamasına dikkat edin. Tuzlu su tabakaları tamamen kapatmamalıdır. Tabakaları bir kaç santim geçmesi yeterlidir. Böylece güneş pili sisteminizi bir yerden bir yere taşırken klipslerin ıslanmamasını sağlarsınız.

Yukarıdaki fotoğraf güneş pilinin gölgede yarattığı elektriği gösterir. Farkettiyseniz cihaz 6 mikroamperlik bir değeri gösteriyor.

Yukarıdaki fotoğraf ise güneş pilinin güneş ışığında gösterdiği değeri gösteriyor. Farkettiyseniz cihazın gösterdiği akım 33 mikroampere kadar fırladı.

Nasıl Oluyor?

Bakır oksit “yarı iletken” adı verilen bir materyaldir. Bir yarı iletken elektriğin üzerinden rahatlıkla geçmesine izin veren iletkenle, elektronların sıkıca tutunduğu ve üzerinden akmasına izin vermediği yalıtkan arasındadır.

Yarı iletkenlerde “bandgap” adı verilen bir boşluk vardır. “Bandgap” elektronların sıkıca bağlı olmasıyla özgürce hareket etmesi arasında bir yerdir. Bir sınırdır diyebiliriz.

Elektronlar “bandgap” içerisinde duramazlar. Bir elektron sadece atomunu çekirdeğinden bandgap’e geçecek kadar enerji alamaz. Bir elektron atomunu çekirdeğinden bandgap’in dışına çıkacak kadar enerji alabilir. Bunun tam tersi de geçerlidir. Bir elektron biraz enerji kaybedip bandgap’e geçemez, yeterli ölçüde enerji kaybedip çekirdeğine yaklaşmak zorundadır.

Güneş ışığı bakır oksitteki elektronlara çarptığında elektronlar yeterince enerji alarak bandgap’i aşarlar ve elektriği iletmeye başlarlar.

Özgür elektronlar tuzlu suya doğru geçer, oradan temiz bakır plakaya, oradan kabloya, kablodan metreye ve oradan da tekrar bakır oksit tabakaya geçer.