स्रोत: utoronto.ca
टोरंटो विश्वविद्यालय के एप्लाइड साइंस एंड इंजीनियरिंग संकाय के शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक उपकरण के भीतर सक्रिय परत को अनुकूलित करने के लिए क्वांटम यांत्रिकी का लाभ उठाया है जिसे एक उल्टे पेरोवस्काइट सौर सेल के रूप में जाना जाता है - एक तकनीक जो एक दिन बड़े पैमाने पर बाजार सौर कोशिकाओं में परिणाम कर सकती है जो वर्तमान में बाजार में उन लोगों का एक अंश है।
वर्तमान में, लगभग सभी वाणिज्यिक सौर कोशिकाएं उच्च-शुद्धता वाले सिलिकॉन से बनी होती हैं, जो उत्पादन के लिए महत्वपूर्ण ऊर्जा लेती हैं। लेकिन दुनिया भर के शोधकर्ता वैकल्पिक सौर प्रौद्योगिकियों के साथ प्रयोग कर रहे हैं जिन्हें कम ऊर्जा के साथ और कम लागत पर निर्मित और स्थापित किया जा सकता है।
इन विकल्पों में से एक, जिसका अध्ययन किया जा रहा हैसार्जेंट समूह प्रयोगशाला, पेरोवस्काइट के रूप में जाना जाता है। पेरोवस्काइट सामग्री की शक्ति उनकी अद्वितीय क्रिस्टल संरचना से आती है, जो उन्हें बहुत पतली परत में प्रकाश को अवशोषित करने और इसे कुशलतासे बिजली में परिवर्तित करने में सक्षम बनाती है।
"पेरोवस्काइट क्रिस्टल एक तरल स्याही से बने होते हैं और प्रौद्योगिकी का उपयोग करके सतहों पर लेपित होते हैं जो पहले से ही रोल-टू-रोल प्रिंटिंग जैसे उद्योग में अच्छी तरह से स्थापित है," सार्जेंट की प्रयोगशाला में पोस्ट-डॉक्टरेट शोधकर्ता हाओ चेन कहते हैं और चार सह-प्रमुख लेखकों में से एकप्रकृति फोटोनिक्स में प्रकाशित एक नया पेपर.
"इस वजह से, पेरोवस्काइट सौर कोशिकाओं में सिलिकॉन की तुलना में बहुत कम ऊर्जा लागत पर बड़े पैमाने पर उत्पादन करने की क्षमता होती है। चुनौती यह है कि अभी पेरोवस्काइट सौर कोशिकाएं स्थिरता में पारंपरिक सिलिकॉन कोशिकाओं को पीछे छोड़ देती हैं। इस अध्ययन में, हमने उस अंतर को बंद करने का लक्ष्य रखा।
चेन, अपने सह-प्रमुख लेखकों के साथ - पीएचडी उम्मीदवार सैम टील और पोस्ट-डॉक्टरेट शोधकर्ताओं बिन चेन और यी होउ - एक उल्टे सौर सेल संरचना के आधार पर एक रणनीति का उपयोग कर रहे हैं।
अधिकांश प्रोटोटाइप पेरोवस्काइट सौर कोशिकाओं में, इलेक्ट्रॉन सेल की निचली परत पर एक नकारात्मक इलेक्ट्रोड के माध्यम से बाहर निकलते हैं, "छेद" के साथ वे शीर्ष पर एक सकारात्मक इलेक्ट्रोड के माध्यम से बाहर निकलने के पीछे छोड़ देते हैं।
इस व्यवस्था को उलटना वैकल्पिक विनिर्माण तकनीकों के उपयोग को सक्षम बनाता है और पिछले शोध से पता चला है कि ये पेरोवस्काइट परत की स्थिरता में सुधार कर सकते हैं। लेकिन परिवर्तन प्रदर्शन के मामले में एक कीमत पर आता है।
"पेरोवस्काइट परत और शीर्ष इलेक्ट्रोड के बीच अच्छा संपर्क प्राप्त करना मुश्किल है," चेन कहते हैं। "इसे हल करने के लिए, शोधकर्ता आमतौर पर कार्बनिक अणुओं से बने एक passivation परत सम्मिलित करते हैं। यह पारंपरिक अभिविन्यास में वास्तव में अच्छी तरह से काम करता है, क्योंकि 'छेद' इस passivation परत के माध्यम से सही जा सकते हैं। लेकिन इलेक्ट्रॉनों को इस परत द्वारा अवरुद्ध कर दिया जाता है, इसलिए जब आप सेल को उलटते हैं तो यह एक बड़ी समस्या बन जाती है।
टीम ने क्वांटम यांत्रिकी का लाभ उठाकर इस सीमा को पार कर लिया - भौतिक सिद्धांत जो बहुत कम लंबाई के पैमाने पर सामग्री के व्यवहार को बताता है, बड़े पैमाने पर देखे जाने वाले व्यवहार से अलग है।
"हमारे प्रोटोटाइप सौर कोशिकाओं में, पेरोवस्काइट्स एक बेहद पतली परत तक सीमित हैं - ऊंचाई में केवल एक से तीन क्रिस्टल," टील कहते हैं। "यह दो आयामी आकार हमें क्वांटम यांत्रिकी से जुड़े गुणों तक पहुंचने में सक्षम बनाता है। हम नियंत्रित कर सकते हैं, उदाहरण के लिए, पेरोवस्काइट्स प्रकाश के किस तरंग दैर्ध्य को अवशोषित करते हैं, या इलेक्ट्रॉन परत के भीतर कैसे चलते हैं।
टीम ने पहले अपने सौर सेल के ऊपर एक दो आयामी पेरोवस्काइट सतह का उत्पादन करने के लिए अन्य समूहों द्वारा स्थापित एक रासायनिक तकनीक का उपयोग किया। इसने पेरोवस्काइट परत को अपने दम पर passivation प्राप्त करने में सक्षम बनाया, जिससे कार्बनिक परत की आवश्यकता पूरी तरह से समाप्त हो गई।
इलेक्ट्रॉन अवरुद्ध प्रभाव को दूर करने के लिए, टीम ने ऊंचाई में एक क्रिस्टल से तीन तक पेरोवस्काइट परत की मोटाई बढ़ा दी। कंप्यूटर सिमुलेशन से पता चला था कि यह परिवर्तन इलेक्ट्रॉनों को बाहरी सर्किट में भागने में सक्षम बनाने के लिए ऊर्जा परिदृश्य को पर्याप्त रूप से बदल देगा, एक भविष्यवाणी जो प्रयोगशाला में उत्पन्न हुई थी।
टीम की कोशिकाओं की शक्ति रूपांतरण दक्षता को 23.9 प्रतिशत पर मापा गया था, एक स्तर जो कमरे के तापमान पर ऑपरेशन के 1,000 घंटों के बाद फीका नहीं हुआ था। यहां तक कि जब 65 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान पर एक उद्योग-मानक त्वरित उम्र बढ़ने की प्रक्रिया के अधीन किया जाता है, तो 500 घंटे से अधिक समय के उपयोग के बाद प्रदर्शन में केवल आठ प्रतिशत की कमी आई है।
भविष्य का काम कोशिकाओं की स्थिरता को और बढ़ाने पर ध्यान केंद्रित करेगा, जिसमें उच्च तापमान भी शामिल है। टीम एक बड़े सतह क्षेत्र के साथ कोशिकाओं का निर्माण करना भी चाहेगी, क्योंकि वर्तमान कोशिकाएं आकार में केवल पांच वर्ग मिलीमीटर हैं।
फिर भी, वर्तमान परिणाम इस वैकल्पिक सौर प्रौद्योगिकी के भविष्य के लिए अच्छी तरह से संकेत देते हैं।
"हमारे पेपर में, हम अपने प्रोटोटाइप की तुलना पारंपरिक और उल्टे पेरोवस्काइट सौर कोशिकाओं दोनों से करते हैं जो हाल ही में वैज्ञानिक साहित्य में प्रकाशित हुए हैं," टील कहते हैं।
"उच्च स्थिरता और उच्च दक्षता का संयोजन जो हमने हासिल किया है, वह वास्तव में बाहर खड़ा है। हमें यह भी ध्यान रखना चाहिए कि पेरोवस्काइट तकनीक केवल कुछ दशक पुरानी है, जबकि सिलिकॉन पर 70 वर्षों से काम किया गया है। अभी भी बहुत सारे सुधार आने वाले हैं"।
