स्रोत:news.mit.edu
Perovskites सौर पैनल बनाने का वादा करता है जिसे लचीली और बनावट वाले सहित अधिकांश सतहों पर आसानी से जमा किया जा सकता है। ये सामग्रियां हल्की, उत्पादन में सस्ती और आज की प्रमुख फोटोवोल्टिक सामग्रियों की तरह कुशल होंगी, जो मुख्य रूप से सिलिकॉन हैं। वे अनुसंधान और निवेश बढ़ाने का विषय हैं, लेकिन अपनी क्षमता का उपयोग करने की चाहत रखने वाली कंपनियों को कुछ शेष बाधाओं को दूर करना होगा, इससे पहले पेरोसाइट-आधारित सौर सेल व्यावसायिक रूप से प्रतिस्पर्धी हो सकते हैं।
पेरोसाइट शब्द एक विशिष्ट सामग्री को संदर्भित नहीं करता है, जैसे कि सिलिकॉन या कैडमियम टेलुराइड, फोटोवोल्टिक क्षेत्र में अन्य प्रमुख दावेदार, लेकिन यौगिकों के पूरे परिवार के लिए। सौर सामग्री के पेरोव्स्काइट परिवार का नाम पेरोव्स्काइट नामक खनिज की संरचनात्मक समानता के लिए रखा गया है, जिसे 1839 में खोजा गया था और इसका नाम रूसी खनिज विज्ञानी एलए पेरोव्स्की के नाम पर रखा गया था।
मूल खनिज पेरोसाइट, जो कैल्शियम टाइटेनियम ऑक्साइड (CaTiO3) है, का एक विशिष्ट क्रिस्टल विन्यास है। इसकी एक तीन-भाग संरचना है, जिसके घटकों को ए, बी और एक्स के रूप में लेबल किया गया है, जिसमें विभिन्न घटकों के जालों को आपस में जोड़ा गया है। पेरोव्स्काइट्स के परिवार में तत्वों या अणुओं के कई संभावित संयोजन होते हैं जो तीन घटकों में से प्रत्येक पर कब्जा कर सकते हैं और मूल पेरोसाइट के समान संरचना बना सकते हैं। (कुछ शोधकर्ता समान तत्वों "पेरोव्स्काइट्स" के साथ अन्य क्रिस्टल संरचनाओं का नामकरण करके नियमों को थोड़ा मोड़ भी देते हैं, हालांकि यह क्रिस्टलोग्राफर्स द्वारा गलत है।)
"आप कुछ सीमाओं के साथ परमाणुओं और अणुओं को संरचना में मिला सकते हैं और मेल कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, यदि आप एक अणु को संरचना में बहुत बड़ा करने की कोशिश करते हैं, तो आप इसे विकृत कर देंगे। अंततः आप 3D क्रिस्टल को अलग करने का कारण बन सकते हैं। एमआईटी में मैकेनिकल इंजीनियरिंग के प्रोफेसर और फोटोवोल्टाइक्स रिसर्च लेबोरेटरी के निदेशक टोनियो बुओनासीसी कहते हैं, "एक 2डी स्तरित संरचना, या पूरी तरह से आदेशित संरचना खो देते हैं।" "पेरोव्स्काइट्स अत्यधिक ट्यून करने योग्य हैं, जैसे कि बिल्ड-योर-ओन-एडवेंचर प्रकार की क्रिस्टल संरचना," वे कहते हैं।
इंटरलेस्ड जाली की संरचना में आयन या आवेशित अणु होते हैं, उनमें से दो (ए और बी) सकारात्मक रूप से चार्ज होते हैं और दूसरे एक (एक्स) नकारात्मक रूप से चार्ज होते हैं। ए और बी आयन आम तौर पर काफी भिन्न आकार के होते हैं, जिनमें ए बड़ा होता है।
पर्कोव्साइट्स की समग्र श्रेणी के भीतर, धातु ऑक्साइड पेरोसाइट्स सहित कई प्रकार हैं, जिन्होंने कटैलिसीस और ऊर्जा भंडारण और रूपांतरण में आवेदन पाया है, जैसे कि ईंधन कोशिकाओं और धातु-वायु बैटरी में। लेकिन एक दशक से भी अधिक समय से अनुसंधान गतिविधि का मुख्य फोकस लेड हलाइड पेरोसाइट्स पर रहा है, बुओनासी कहते हैं।
उस श्रेणी के भीतर, अभी भी संभावनाओं का एक समूह है, और दुनिया भर की प्रयोगशालाएँ दक्षता, लागत और स्थायित्व में सर्वश्रेष्ठ प्रदर्शन दिखाने वाली विविधताओं को खोजने के कठिन काम के माध्यम से दौड़ रही हैं - जो अब तक की सबसे चुनौतीपूर्ण रही है। तीन में से।
कई टीमों ने इसके पर्यावरणीय प्रभाव से बचने के लिए सीसा के उपयोग को खत्म करने वाली विविधताओं पर भी ध्यान केंद्रित किया है। बुओनासी ने नोट किया, हालांकि, "लगातार समय के साथ, सीसा-आधारित उपकरणों ने अपने प्रदर्शन में सुधार करना जारी रखा, और इलेक्ट्रॉनिक प्रदर्शन के मामले में कोई भी अन्य रचनाएं पास नहीं हुईं।" विकल्प तलाशने पर काम जारी है, लेकिन अभी के लिए कोई भी लीड हलाइड संस्करणों के साथ प्रतिस्पर्धा नहीं कर सकता है।
वे कहते हैं कि पेरोसाइट्स की पेशकश के महान लाभों में से एक संरचना में दोषों की उनकी महान सहनशीलता है। सिलिकॉन के विपरीत, जिसे इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में अच्छी तरह से काम करने के लिए अत्यधिक उच्च शुद्धता की आवश्यकता होती है, पेरोसाइट्स कई खामियों और अशुद्धियों के साथ भी अच्छी तरह से काम कर सकते हैं।
Perovskites के लिए नई उम्मीदवार रचनाओं की खोज करना एक घास के ढेर में सुई की तलाश करने जैसा है, लेकिन हाल ही में शोधकर्ता एक मशीन-लर्निंग सिस्टम लेकर आए हैं जो इस प्रक्रिया को बहुत कारगर बना सकता है। इस नए दृष्टिकोण से नए विकल्पों का बहुत तेजी से विकास हो सकता है, बुओनासी कहते हैं, जो उस शोध के सह-लेखक थे।
जबकि पेरोव्स्काइट्स महान वादा दिखाना जारी रखते हैं, और कई कंपनियां पहले से ही कुछ व्यावसायिक उत्पादन शुरू करने के लिए कमर कस रही हैं, स्थायित्व सबसे बड़ी बाधा है जिसका वे सामना करते हैं। जबकि सिलिकॉन सौर पैनल 25 वर्षों के बाद अपने बिजली उत्पादन का 90 प्रतिशत तक बनाए रखते हैं, पर्कोव्साइट बहुत तेजी से घटते हैं। महान प्रगति की गई है - प्रारंभिक नमूने केवल कुछ घंटों तक चले, फिर सप्ताह या महीने, लेकिन नए फॉर्मूलेशन में कुछ वर्षों तक उपयोग करने योग्य जीवनकाल है, कुछ अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त जहां दीर्घायु आवश्यक नहीं है।
एक शोध के नजरिए से, बुओनासी कहते हैं, पर्कोव्साइट्स का एक फायदा यह है कि उन्हें प्रयोगशाला में बनाना अपेक्षाकृत आसान है - रासायनिक घटक आसानी से इकट्ठा हो जाते हैं। लेकिन यह उनका नकारात्मक पक्ष भी है: "सामग्री कमरे के तापमान पर बहुत आसानी से एक साथ जाती है," वे कहते हैं, "लेकिन यह कमरे के तापमान पर भी बहुत आसानी से अलग हो जाता है। आसान आओ, आसानी से जाओ!"
उस मुद्दे से निपटने के लिए, अधिकांश शोधकर्ता विभिन्न प्रकार की सुरक्षात्मक सामग्रियों का उपयोग करने पर ध्यान केंद्रित कर रहे हैं ताकि पेरोसाइट को हवा और नमी के संपर्क से बचाया जा सके। लेकिन अन्य सटीक तंत्र का अध्ययन कर रहे हैं जो उस गिरावट की ओर ले जाते हैं, जो कि अधिक स्वाभाविक रूप से मजबूत होने वाले योगों या उपचारों को खोजने की उम्मीद में हैं। एक महत्वपूर्ण खोज यह है कि ऑटोकैटलिसिस नामक एक प्रक्रिया बड़े पैमाने पर टूटने के लिए जिम्मेदार है।
ऑटोकैटलिसिस में, जैसे ही सामग्री का एक हिस्सा नीचा होना शुरू होता है, इसके प्रतिक्रिया उत्पाद उत्प्रेरक के रूप में संरचना के पड़ोसी हिस्सों को नीचा दिखाना शुरू कर देते हैं, और एक भगोड़ा प्रतिक्रिया शुरू हो जाती है। कार्बनिक प्रकाश उत्सर्जक डायोड (ओएलईडी) जैसे कुछ अन्य इलेक्ट्रॉनिक सामग्रियों पर प्रारंभिक शोध में इसी तरह की समस्या मौजूद थी, और अंततः कच्चे माल में अतिरिक्त शुद्धिकरण कदम जोड़कर हल किया गया था, इसलिए एक समान समाधान के मामले में पाया जा सकता है पेरोव्स्काइट्स, बूनासिसी सुझाव देते हैं।
बुओनासिसी और उनके सह-शोधकर्ताओं ने हाल ही में एक अध्ययन पूरा किया है जिसमें दिखाया गया है कि एक बार पर्कोव्साइट कम से कम एक दशक के उपयोग योग्य जीवनकाल तक पहुंच जाते हैं, उनकी बहुत कम प्रारंभिक लागत के लिए धन्यवाद जो उन्हें बड़े, उपयोगिता में सिलिकॉन के विकल्प के रूप में आर्थिक रूप से व्यवहार्य बनाने के लिए पर्याप्त होगा- पैमाने सौर खेतों।
कुल मिलाकर, perovskites के विकास में प्रगति प्रभावशाली और उत्साहजनक रही है, वे कहते हैं। वे कहते हैं, केवल कुछ वर्षों के काम के साथ, इसने कैडमियम टेल्यूराइड (CdTe) के स्तरों की तुलना में दक्षता हासिल कर ली है, जो "बहुत लंबे समय से है, अभी भी हासिल करने के लिए संघर्ष कर रहा है।" "इस नई सामग्री में जिस आसानी से ये उच्च प्रदर्शन हासिल किए जाते हैं, वह लगभग स्तब्ध कर देने वाला है।" दक्षता में 1 प्रतिशत सुधार प्राप्त करने के लिए खर्च किए गए शोध समय की तुलना में, वे कहते हैं, सीडीटीई की तुलना में पर्कोव्साइट्स की प्रगति 100 और 1, 000 के बीच कहीं तेज रही है। "यह एक कारण है कि यह बहुत रोमांचक है," वे कहते हैं।