सौर कोशिकाओं के लिए पेरोव्स्काइट्स की क्षमता को उजागर करना

पेरोव्स्काइट्स - यौगिकों की एक विस्तृत श्रेणी जो एक निश्चित क्रिस्टल संरचना को साझा करती है - ने अपनी कम लागत के कारण संभावित नए सौर कोशिकाओं के रूप में बहुत अधिक ध्यान आकर्षित किया है।, FLEXIBILITY, और अपेक्षाकृत आसान निर्माण प्रक्रिया. लेकिन उनकी संरचना के विवरण और सामग्री के भीतर विभिन्न धातुओं या अन्य तत्वों को प्रतिस्थापित करने के प्रभावों के बारे में बहुत कुछ अज्ञात है.

सिलिकॉन से बने पारंपरिक सौर कोशिकाओं को उपरोक्त तापमान पर संसाधित किया जाना चाहिए 1,400 डिग्री सेल्सियस, महंगे उपकरणों का उपयोग करना जो उत्पादन पैमाने की उनकी क्षमता को सीमित करता है. इसके विपरीत, पेरोव्स्काइट्स को निम्न तापमान पर तरल घोल में संसाधित किया जा सकता है 100 डिग्री, सस्ते उपकरणों का उपयोग करना. इससे ज्यादा और क्या, पेरोव्स्काइट्स को विभिन्न सब्सट्रेट्स पर जमा किया जा सकता है, लचीले प्लास्टिक सहित, विभिन्न प्रकार के नए उपयोगों को सक्षम करना जो मोटे तौर पर असंभव होगा, कठोर सिलिकॉन वेफर्स.

पेरोव्स्काइट से बने सौर सेल बहुत आशाजनक हैं, आंशिक रूप से क्योंकि इन्हें आसानी से लचीले सब्सट्रेट्स पर बनाया जा सकता है, इस प्रायोगिक सेल की तरह. छवि: केन रिचर्डसन

अभी, शोधकर्ता विभिन्न फॉर्मूलेशन से बने पेरोव्स्काइट्स के व्यवहार के एक प्रमुख पहलू को समझने में सक्षम हुए हैं: कुछ योजकों के साथ एक प्रकार का "मीठा स्थान" होता है जहां अधिक मात्रा में प्रदर्शन में वृद्धि होगी और इससे अधिक मात्रा में इसे ख़राब करना शुरू हो जाएगा. निष्कर्ष इस सप्ताह जर्नल में विस्तृत हैं विज्ञान, पूर्व एमआईटी पोस्टडॉक जुआन-पाब्लो कोरिया-बेना के एक पेपर में, एमआईटी के प्रोफेसर टोनियो बुओनासिसी और मौंगी बावेंडी, तथा 18 एमआईटी में अन्य, सैन डिएगो में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, और अन्य संस्थान.

पेरोव्स्काइट यौगिकों का एक परिवार है जो तीन-भाग वाली क्रिस्टल संरचना साझा करता है. प्रत्येक भाग को कई अलग-अलग तत्वों या यौगिकों में से किसी एक से बनाया जा सकता है - जिससे संभावित फॉर्मूलेशन की एक बहुत विस्तृत श्रृंखला बनती है. बुओनासिसी एक नए पेरोव्स्काइट को डिज़ाइन करने की तुलना मेनू से ऑर्डर करने से करती है, एक को चुनना (मकड़ियाँ इन संरचनाओं का उपयोग अपने शिकार को पकड़ने और मारने के लिए करती हैं) प्रत्येक कॉलम ए से, कॉलम बी, तथा (रिवाज के सन्दर्भ मे) कॉलम एक्स. “आप मिक्स एंड मैच कर सकते हैं," वह कहते हैं, लेकिन अब तक सभी विविधताओं का अध्ययन केवल परीक्षण और त्रुटि द्वारा ही किया जा सकता था, चूँकि शोधकर्ताओं को इस बात की कोई बुनियादी समझ नहीं थी कि सामग्री में क्या चल रहा है.

स्विस इकोले पॉलिटेक्निक फ़ेडेरेल डी लॉज़ेन की एक टीम द्वारा पिछले शोध में, जिसमें कोरिया-बेना ने भाग लिया, पाया गया कि पेरोव्स्काइट मिश्रण में कुछ क्षार धातुओं को जोड़ने से सौर ऊर्जा को बिजली में परिवर्तित करने में सामग्री की दक्षता में सुधार हो सकता है, लगभग इससे 19 प्रतिशत से लगभग 22 प्रतिशत. लेकिन उस समय इस सुधार के लिए कोई स्पष्टीकरण नहीं था, और ये धातुएँ परिसर के अंदर क्या कर रही थीं, इसकी ठीक-ठीक कोई समझ नहीं है. “इस बारे में बहुत कम जानकारी थी कि माइक्रोस्ट्रक्चर प्रदर्शन को कैसे प्रभावित करता है,बुओनासिसी कहते हैं.

अभी, उच्च-रिज़ॉल्यूशन सिंक्रोट्रॉन नैनो-एक्स-रे प्रतिदीप्ति माप का उपयोग करके विस्तृत मानचित्रण, जो एक बाल की चौड़ाई के केवल एक हजारवें हिस्से की बीम के साथ सामग्री की जांच कर सकता है, प्रक्रिया के विवरण का खुलासा किया है, सामग्री के प्रदर्शन को और भी बेहतर बनाने के संभावित सुरागों के साथ.

इन क्षार धातुओं को जोड़ने से यह पता चलता है, जैसे सीज़ियम या रुबिडियम, पेरोव्स्काइट यौगिक कुछ अन्य घटकों को एक साथ अधिक आसानी से मिश्रण करने में मदद करता है. जैसा कि टीम इसका वर्णन करती है, ये योजक मिश्रण को "समरूप" बनाने में मदद करते हैं, इससे यह अधिक आसानी से बिजली का संचालन करता है और इस प्रकार सौर सेल के रूप में इसकी दक्षता में सुधार होता है. परंतु, उन्होंने पाया, यह केवल एक निश्चित बिंदु तक ही काम करता है. एक निश्चित एकाग्रता से परे, ये मिश्रित धातुएँ आपस में चिपक जाती हैं, ऐसे क्षेत्र बनाते हैं जो सामग्री की चालकता में हस्तक्षेप करते हैं और आंशिक रूप से प्रारंभिक लाभ का प्रतिकार करते हैं. के बीच में, इन जटिल यौगिकों के किसी भी दिए गए फॉर्मूलेशन के लिए, वह मधुर स्थान है जो सर्वोत्तम प्रदर्शन प्रदान करता है, उन्होंने पाया.

“यह एक बड़ी खोज है,” कोरिया-बेना कहते हैं, जो जनवरी में जॉर्जिया टेक में सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग के सहायक प्रोफेसर बन गए. शोधकर्ताओं ने क्या पाया, एमआईटी में और यूसीएसडी में सहयोगियों के साथ लगभग तीन साल के काम के बाद, "क्या होता है जब आप उन क्षार धातुओं को जोड़ते हैं, और प्रदर्शन में सुधार क्यों होता है।" वे सामग्री की संरचना में परिवर्तनों को सीधे देखने में सक्षम थे, और प्रकट करें, अन्य बातों के अलावा, समरूपीकरण और क्लंपिंग के ये प्रतिकूल प्रभाव.

“विचार यह है, इन निष्कर्षों के आधार पर, अब हम जानते हैं कि हमें इसी तरह की प्रणालियों पर गौर करना चाहिए, क्षार धातुओं या अन्य धातुओं को जोड़ने के संदर्भ में,या रेसिपी के अन्य भागों को अलग-अलग करना, कोरिया-बेना कहते हैं. जबकि पारंपरिक सिलिकॉन सौर कोशिकाओं की तुलना में पेरोव्स्काइट्स को बड़े लाभ हो सकते हैं, विशेष रूप से उनके उत्पादन के लिए कारखाने स्थापित करने की कम लागत के संदर्भ में, उन्हें अपनी समग्र दक्षता बढ़ाने और अपनी दीर्घायु में सुधार करने के लिए अभी भी और काम करने की आवश्यकता है, जो सिलिकॉन कोशिकाओं से काफी पीछे है.

हालांकि शोधकर्ताओं ने विभिन्न धातुओं को जोड़ने पर पेरोव्स्काइट सामग्री में होने वाले संरचनात्मक परिवर्तनों को स्पष्ट किया है, और परिणाम स्वरूप प्रदर्शन में परिवर्तन, “हम अभी भी इसके पीछे की रसायन शास्त्र को नहीं समझ पाए हैं,कोरिया-बेना कहते हैं. यह टीम द्वारा चल रहे शोध का विषय है. इन पेरोव्स्काइट सौर कोशिकाओं की सैद्धांतिक अधिकतम दक्षता लगभग है 31 प्रतिशत, कोरिया-बेना के अनुसार, और अब तक का सर्वश्रेष्ठ प्रदर्शन आसपास है 23 प्रतिशत, इसलिए संभावित सुधार की काफी गुंजाइश बनी हुई है.

हालाँकि पेरोव्स्काइट्स को अपनी पूरी क्षमता का एहसास करने में कई साल लग सकते हैं, कम से कम दो कंपनियाँ पहले से ही उत्पादन लाइनें स्थापित करने की प्रक्रिया में हैं, और उन्हें उम्मीद है कि वे अगले साल या उसके आसपास अपना पहला मॉड्यूल बेचना शुरू कर देंगे. इनमें से कुछ छोटे हैं, पारदर्शी और रंगीन सौर सेल को किसी इमारत के अग्रभाग में एकीकृत करने के लिए डिज़ाइन किया गया है. “यह पहले से ही हो रहा है,कोरिया-बेना कहते हैं, "लेकिन इन्हें और अधिक टिकाऊ बनाने के लिए अभी भी काम किया जाना बाकी है।"

एक बार बड़े पैमाने पर विनिर्माण क्षमता के मुद्दे, दक्षता, और स्थायित्व पर ध्यान दिया जाता है, बुओनासिसी कहते हैं, पेरोव्स्काइट नवीकरणीय ऊर्जा उद्योग में एक प्रमुख खिलाड़ी बन सकते हैं. “अगर वे टिकाऊ बनाने में सफल होते हैं, विनिर्माण की कम लागत को संरक्षित करते हुए उच्च दक्षता वाले मॉड्यूल, यह गेम-चेंजिंग हो सकता है," वह कहते हैं. "यह सौर ऊर्जा के विस्तार को हमने जितनी तेजी से देखा है उससे कहीं अधिक तेजी से संभव कर सकता है।"

पेरोव्स्काइट सौर सेल “अब व्यावसायीकरण के लिए प्राथमिक उम्मीदवार हैं. इस प्रकार, गहरी अंतर्दृष्टि प्रदान करना, जैसा कि इस कार्य में किया गया है, भविष्य के विकास में योगदान देता है,“माइकल सलीबा कहते हैं, फ़्राइबर्ग विश्वविद्यालय में नरम पदार्थ के भौतिकी पर एक वरिष्ठ शोधकर्ता, स्विट्ज़रलैंड, जो इस शोध में शामिल नहीं था.

क्रॉस जोड़ता है, “यह महान कार्य है जो सबसे अधिक जांच की गई कुछ सामग्रियों पर प्रकाश डाल रहा है. सिंक्रोट्रॉन-आधारित का उपयोग, नवीन सामग्री इंजीनियरिंग के साथ संयोजन में नवीन तकनीकें उच्चतम गुणवत्ता की हैं, और वह ऐसी उच्च रैंकिंग वाली पत्रिका में छपने के योग्य है।" वह कहते हैं कि इस क्षेत्र में काम तेजी से प्रगति कर रहा है. इस प्रकार, भविष्य की इंजीनियरिंग चुनौतियों से निपटने के लिए अधिक विस्तृत ज्ञान होना महत्वपूर्ण होगा।"

स्रोत: एचटीटीपी://news.mit.edu