अति पतली सौर सेल?

अति पतली सौर सेल?

अल्ट्रा-पतली सौर कोशिकाओं में सुधार हुआ: 2डी पेरोव्स्काइट यौगिकों में भारी उत्पादों को चुनौती देने के लिए उपयुक्त सामग्रियां हैं।

राइस यूनिवर्सिटी के इंजीनियरों ने सेमीकंडक्टर पेरोव्स्काइट से बने परमाणु-स्तर के पतले सौर कोशिकाओं को डिजाइन करने में नए मानक हासिल किए हैं, जिससे पर्यावरण का सामना करने की उनकी क्षमता को बनाए रखते हुए उनकी दक्षता में वृद्धि हुई है।

राइस यूनिवर्सिटी के जॉर्ज आर ब्राउन स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग की आदित्य मोहिते प्रयोगशाला ने पाया कि सूर्य की रोशनी द्वि-आयामी पेरोव्स्काइट में परमाणु परतों के बीच की जगह को सिकोड़ देती है, जो सामग्री की फोटोवोल्टिक दक्षता को 18% तक बढ़ाने के लिए पर्याप्त है, जो कि लगातार प्रगति है . क्षेत्र में एक शानदार छलांग हासिल की गई है और इसे प्रतिशत में मापा गया है।

मोहिते ने कहा, "10 वर्षों में, पेरोव्स्काइट की दक्षता लगभग 3% से बढ़कर 25% से अधिक हो गई है।" "अन्य अर्धचालकों को हासिल करने में लगभग 60 साल लगेंगे। इसलिए हम इतने उत्साहित हैं।"

पेरोव्स्काइट एक घनीय जाली वाला एक यौगिक है और एक कुशल प्रकाश संग्राहक है। उनकी क्षमता कई वर्षों से ज्ञात है, लेकिन उनमें एक समस्या है: वे सूर्य के प्रकाश को ऊर्जा में परिवर्तित कर सकते हैं, लेकिन सूर्य का प्रकाश और नमी उन्हें ख़राब कर सकते हैं।

रसायन और जैव-आणविक इंजीनियरिंग और सामग्री विज्ञान और नैनोइंजीनियरिंग के एसोसिएट प्रोफेसर मोहिते ने कहा, "सौर सेल प्रौद्योगिकी के 20 से 25 साल तक चलने की उम्मीद है।" "हम कई वर्षों से काम कर रहे हैं और बड़े पेरोव्स्काइट का उपयोग करना जारी रख रहे हैं जो बहुत प्रभावी हैं लेकिन बहुत स्थिर नहीं हैं। इसके विपरीत, द्वि-आयामी पेरोव्स्काइट में उत्कृष्ट स्थिरता है लेकिन छत पर रखे जाने के लिए पर्याप्त कुशल नहीं हैं।

"सबसे बड़ी समस्या स्थिरता से समझौता किए बिना उन्हें कुशल बनाना है।"
पर्ड्यू यूनिवर्सिटी और नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी, लॉस एलामोस, आर्गन और ब्रुकहेवन, अमेरिकी ऊर्जा विभाग की राष्ट्रीय प्रयोगशाला और फ्रांस के रेन्नेस में इंस्टीट्यूट ऑफ इलेक्ट्रॉनिक्स एंड डिजिटल टेक्नोलॉजी (आईएनएसए) के राइस इंजीनियरों और उनके सहयोगियों और उनके सहयोगियों ने पाया कि कुछ द्वि-आयामी पेरोव्स्काइट्स में, सूर्य का प्रकाश परमाणुओं के बीच की जगह को प्रभावी ढंग से सिकोड़ देता है, जिससे विद्युत धारा ले जाने की उनकी क्षमता बढ़ जाती है।

मोख्त ने कहा, "हमने पाया कि जब आप सामग्री को प्रज्वलित करते हैं, तो आप उसे स्पंज की तरह निचोड़ते हैं और उस दिशा में चार्ज ट्रांसफर को बढ़ाने के लिए परतों को एक साथ इकट्ठा करते हैं।" शोधकर्ताओं ने पाया कि शीर्ष पर आयोडाइड और नीचे की ओर लेड के बीच कार्बनिक धनायनों की एक परत रखने से परतों के बीच परस्पर क्रिया बढ़ सकती है।

मोख्त ने कहा, "यह काम उत्तेजित अवस्थाओं और क्वासिपार्टिकल्स के अध्ययन के लिए बहुत महत्वपूर्ण है, जहां सकारात्मक चार्ज की एक परत दूसरे पर होती है, और नकारात्मक चार्ज दूसरे पर होती है, और वे एक दूसरे से बात कर सकते हैं।" "इन्हें एक्साइटॉन कहा जाता है, और इनमें अद्वितीय गुण हो सकते हैं।

उन्होंने कहा, "यह प्रभाव हमें स्टैक्ड 2डी ट्रांज़िशन मेटल डाइक्लोजेनाइड्स जैसे जटिल हेटरोस्ट्रक्चर बनाए बिना इन बुनियादी प्रकाश-पदार्थ इंटरैक्शन को समझने और समायोजित करने की अनुमति देता है।"

फ़्रांस में सहकर्मियों ने एक कंप्यूटर मॉडल के साथ प्रयोग की पुष्टि की। आईएनएसए में भौतिकी के प्रोफेसर जैकी इवन ने कहा: "यह शोध सबसे उन्नत एब इनिटियो सिमुलेशन तकनीक, बड़े पैमाने पर राष्ट्रीय सिंक्रोट्रॉन सुविधाओं का उपयोग करके सामग्री अनुसंधान और संचालन में सौर कोशिकाओं के इन-सीटू लक्षण वर्णन को संयोजित करने का एक अनूठा अवसर प्रदान करता है। संयोजन करें ।" "यह पेपर पहली बार वर्णन करता है कि कैसे रिसाव की घटना अचानक पेरोव्स्काइट सामग्री में चार्जिंग करंट छोड़ती है।"

दोनों परिणाम बताते हैं कि सौर तीव्रता पर सौर सिम्युलेटर के संपर्क में आने के 10 मिनट बाद, दो-आयामी पेरोव्स्काइट अपनी लंबाई के साथ 0.4% और ऊपर से नीचे तक लगभग 1% सिकुड़ जाता है। उन्होंने साबित किया कि पांच सूर्य की तीव्रता के तहत 1 मिनट के भीतर प्रभाव देखा जा सकता है।

राइस में स्नातक छात्र और सह-मुख्य लेखक ली वेनबिन ने कहा, "यह बहुत ज्यादा नहीं लगता है, लेकिन जाली के अंतर में 1% की कमी से इलेक्ट्रॉन प्रवाह में पर्याप्त वृद्धि होगी।" "हमारे शोध से पता चलता है कि सामग्री का इलेक्ट्रॉनिक संचालन तीन गुना बढ़ गया है।"

साथ ही, क्रिस्टल जाली की प्रकृति सामग्री को 80 डिग्री सेल्सियस (176 डिग्री फ़ारेनहाइट) तक गर्म करने पर भी गिरावट के प्रति प्रतिरोधी बनाती है। शोधकर्ताओं ने यह भी पाया कि लाइट बंद होने के बाद जाली तुरंत अपने मानक विन्यास में वापस आ जाती है।

स्नातक छात्र और सह-प्रमुख लेखक सिराज सिद्धिक ने कहा, "2डी पेरोव्स्काइट्स का एक मुख्य आकर्षण यह है कि उनमें आमतौर पर कार्बनिक परमाणु होते हैं जो नमी अवरोधक के रूप में कार्य करते हैं, थर्मल रूप से स्थिर होते हैं और आयन प्रवासन समस्याओं को हल करते हैं।" "3डी पेरोव्स्काइट्स थर्मल और प्रकाश अस्थिरता से ग्रस्त हैं, इसलिए शोधकर्ताओं ने यह देखने के लिए बड़े पैमाने पर पेरोव्स्काइट्स के ऊपर 2डी परतें लगाना शुरू कर दिया कि क्या वे दोनों का अधिकतम लाभ उठा सकते हैं।

उन्होंने कहा, "हम सोचते हैं, आइए बस 2डी पर स्विच करें और इसे कुशल बनाएं।"

सामग्री के सिकुड़न का निरीक्षण करने के लिए, टीम ने अमेरिकी ऊर्जा विभाग (डीओई) विज्ञान कार्यालय की दो उपयोगकर्ता सुविधाओं का उपयोग किया: अमेरिकी ऊर्जा विभाग की ब्रुकहेवन राष्ट्रीय प्रयोगशाला का राष्ट्रीय सिंक्रोट्रॉन प्रकाश स्रोत II और उन्नत राज्य प्रयोगशाला अमेरिकी ऊर्जा विभाग की आर्गोन नेशनल लेबोरेटरी। फोटॉन स्रोत (एपीएस) प्रयोगशाला।

पेपर के सह-लेखक, आर्गोन भौतिक विज्ञानी जो स्ट्रज़ल्का, वास्तविक समय में सामग्रियों में छोटे संरचनात्मक परिवर्तनों को पकड़ने के लिए एपीएस की अल्ट्रा-उज्ज्वल एक्स-रे का उपयोग करते हैं। एपीएस बीमलाइन के 8-आईडी-ई पर संवेदनशील उपकरण "परिचालन" अध्ययन की अनुमति देता है, जिसका अर्थ है कि जब उपकरण सामान्य परिचालन स्थितियों के तहत तापमान या वातावरण में नियंत्रित परिवर्तन से गुजरता है तो अध्ययन किया जाता है। इस मामले में, स्ट्रज़ल्का और उनके सहयोगियों ने तापमान को स्थिर रखते हुए सौर सेल में प्रकाश संवेदनशील सामग्री को नकली सूरज की रोशनी में उजागर किया और परमाणु स्तर पर छोटे संकुचन देखे।

एक नियंत्रण प्रयोग के रूप में, स्ट्रज़ल्का और उनके सह-लेखकों ने कमरे को अंधेरा रखा, तापमान बढ़ाया और विपरीत प्रभाव देखा - सामग्री का विस्तार। इससे पता चलता है कि परिवर्तन का कारण प्रकाश ही है, न कि उससे पैदा होने वाली गर्मी।

स्ट्रज़ल्का ने कहा, "ऐसे बदलावों के लिए परिचालन अनुसंधान करना महत्वपूर्ण है।" "जैसे आपका मैकेनिक आपके इंजन को चलाकर देखना चाहता है कि इसमें क्या हो रहा है, हम अनिवार्य रूप से इस रूपांतरण का एक वीडियो लेना चाहते हैं, एक भी स्नैपशॉट नहीं। एपीएस जैसी सुविधाएं हमें ऐसा करने की अनुमति देती हैं।"

स्ट्रज़ल्का ने बताया कि एपीएस अपने एक्स-रे की चमक को 500 गुना तक बढ़ाने के लिए एक महत्वपूर्ण उन्नयन के दौर से गुजर रहा है। उन्होंने कहा कि जब यह पूरा हो जाएगा, तो उज्जवल किरणें और तेज, तेज डिटेक्टर वैज्ञानिकों की अधिक संवेदनशीलता के साथ इन परिवर्तनों का पता लगाने की क्षमता बढ़ा देंगे।

इससे राइस टीम को बेहतर प्रदर्शन के लिए सामग्री को समायोजित करने में मदद मिल सकती है। सिधिक ने कहा, "हम 20% से अधिक की दक्षता हासिल करने के लिए उद्धरण और इंटरफेस डिजाइन कर रहे हैं।" "यह पेरोव्स्काइट क्षेत्र में सब कुछ बदल देगा क्योंकि तब लोग 2डी पेरोव्स्काइट/सिलिकॉन और 2डी/2डी पेरोव्स्काइट श्रृंखला के लिए 3डी पेरोव्स्काइट का उपयोग करना शुरू कर देंगे, जो दक्षता को 30% के करीब ला सकता है। इससे इसका व्यावसायीकरण आकर्षक हो जाएगा।"