स्रोत:news.northwestern.edu
जर्नल साइंस में आज (17 नवंबर) प्रकाशित निष्कर्ष, दक्षता में होने वाले नुकसान पर काबू पाने के लिए एक दोहरे-अणु समाधान का वर्णन करते हैं क्योंकि सूरज की रोशनी ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। सबसे पहले, सतह पुनर्संयोजन नामक चीज़ को संबोधित करने के लिए एक अणु को शामिल करके, जिसमें दोषों द्वारा फंसने पर इलेक्ट्रॉन खो जाते हैं - सतह पर लापता परमाणु, और परतों के बीच इंटरफ़ेस पर पुनर्संयोजन को बाधित करने के लिए एक दूसरा अणु, टीम ने एक राष्ट्रीय नवीकरणीय उपलब्धि हासिल की एनर्जी लैब (एनआरईएल) ने 25.1% की दक्षता प्रमाणित की, जबकि पहले के दृष्टिकोण केवल 24.09% की दक्षता तक पहुँचते थे।
नॉर्थवेस्टर्न प्रोफेसर टेड सार्जेंट ने कहा, "पेरोव्स्काइट सौर प्रौद्योगिकी तेजी से आगे बढ़ रही है, और अनुसंधान और विकास का जोर बल्क अवशोषक से इंटरफेस पर स्थानांतरित हो रहा है।" "यह दक्षता और स्थिरता को और बेहतर बनाने और हमें और अधिक कुशल सौर संचयन के इस आशाजनक मार्ग के करीब लाने के लिए महत्वपूर्ण बिंदु है।"
सार्जेंट पाउला एम. ट्रिएनेंस इंस्टीट्यूट फॉर सस्टेनेबिलिटी एंड एनर्जी (पूर्व में आईएसईएन) के सह-कार्यकारी निदेशक और सामग्री रसायन विज्ञान और ऊर्जा प्रणालियों में एक बहु-विषयक शोधकर्ता हैं, जो वेनबर्ग कॉलेज ऑफ आर्ट्स एंड साइंसेज में रसायन विज्ञान विभाग में नियुक्त हैं। मैककॉर्मिक स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग में इलेक्ट्रिकल और कंप्यूटर इंजीनियरिंग विभाग।
पारंपरिक सौर सेल उच्च शुद्धता वाले सिलिकॉन वेफर्स से बने होते हैं जो उत्पादन के लिए ऊर्जा-गहन होते हैं और केवल सौर स्पेक्ट्रम की एक निश्चित सीमा को ही अवशोषित कर सकते हैं।
पेरोव्स्काइट सामग्रियां जिनके आकार और संरचना को उनके द्वारा अवशोषित प्रकाश की तरंग दैर्ध्य को "ट्यून" करने के लिए समायोजित किया जा सकता है, जिससे वे एक अनुकूल और संभावित रूप से कम लागत वाली, उच्च दक्षता वाली उभरती अग्रानुक्रम तकनीक बन जाती हैं।
ऐतिहासिक रूप से पेरोव्स्काइट सौर सेल अपनी सापेक्ष अस्थिरता के कारण दक्षता में सुधार करने की चुनौतियों से ग्रस्त रहे हैं। पिछले कुछ वर्षों में, सार्जेंट की प्रयोगशाला और अन्य की प्रगति ने पेरोव्स्काइट सौर कोशिकाओं की दक्षता को उसी सीमा के भीतर ला दिया है जो सिलिकॉन के साथ प्राप्त किया जा सकता है।
वर्तमान शोध में, कोशिका को अधिक सूर्य के प्रकाश को अवशोषित करने में मदद करने की कोशिश करने के बजाय, टीम ने दक्षता बढ़ाने के लिए उत्पन्न इलेक्ट्रॉनों को बनाए रखने और बनाए रखने के मुद्दे पर ध्यान केंद्रित किया। जब पेरोव्स्काइट परत कोशिका की इलेक्ट्रॉन परिवहन परत से संपर्क करती है, तो इलेक्ट्रॉन एक से दूसरे में चले जाते हैं। लेकिन इलेक्ट्रॉन वापस बाहर की ओर जा सकता है और पेरोव्स्काइट परत पर मौजूद छिद्रों को भर सकता है, या "पुनः संयोजित" कर सकता है।
"इंटरफ़ेस पर पुनर्संयोजन जटिल है," प्रथम लेखक चेंग लियू ने कहा, जो सार्जेंट लैब में पोस्टडॉक्टरल छात्र हैं, जिसकी सह-पर्यवेक्षण चार्ल्स ई. और एम्मा एच. मॉरिसन रसायन विज्ञान के प्रोफेसर मर्कौरी कनात्ज़िडिस द्वारा किया जाता है। "जटिल पुनर्संयोजन को संबोधित करने और इलेक्ट्रॉनों को बनाए रखने के लिए एक प्रकार के अणु का उपयोग करना बहुत मुश्किल है, इसलिए हमने विचार किया कि समस्या को अधिक व्यापक रूप से हल करने के लिए हम अणुओं के किस संयोजन का उपयोग कर सकते हैं।"
सार्जेंट की टीम के पिछले शोध में इस बात के प्रमाण मिले हैं कि एक अणु, PDAI2, इंटरफ़ेस पुनर्संयोजन को हल करने में अच्छा काम करता है। इसके बाद उन्हें एक अणु खोजने की ज़रूरत थी जो सतह के दोषों को ठीक करने और इलेक्ट्रॉनों को उनके साथ पुनः संयोजित होने से रोकने का काम करेगा।
उस तंत्र को खोजकर जो PDAI2 को एक द्वितीयक अणु के साथ काम करने की अनुमति देगा, टीम ने सल्फर पर ध्यान केंद्रित किया, जो कार्बन समूहों को प्रतिस्थापित कर सकता है - आमतौर पर इलेक्ट्रॉनों को बढ़ने से रोकने में खराब - लापता परमाणुओं को कवर करने और पुनर्संयोजन को दबाने के लिए।
नॉर्थवेस्टर्न प्रोफेसर मर्कौरी कनात्ज़िडिस ने कहा, "उल्टे पेरोव्स्काइट सौर कोशिकाओं में पाई जाने वाली मुख्य अक्षमताओं को संबोधित करने में, जो मुख्य रूप से गैर-विकिरणीय पुनर्संयोजन हानियों के कारण होती हैं, सौर सेल दक्षता में एक नया मानक स्थापित किया जा रहा है।" "यह इस बात का एक प्रमुख उदाहरण है कि कैसे उन्नत सामग्री रसायन विज्ञान का क्षेत्र उभरती हुई पेरोव्स्काइट फोटोवोल्टिक प्रौद्योगिकियों की ऊर्जा रूपांतरण दक्षता और दीर्घायु को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ा सकता है।"
वेनबर्ग के रसायन विज्ञान विभाग और मैककॉर्मिक के सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग विभाग में दोहरी नियुक्तियों के साथ, कनात्ज़िडिस सामग्री रसायन विज्ञान और टिकाऊ ऊर्जा समाधान के क्षेत्र में एक अग्रणी प्राधिकरण है।
रसायन विज्ञान के अनुसंधान सहायक प्रोफेसर और पेपर के सह-लेखक बिन चेन ने कहा, "हम उत्साहित हैं कि हमारी द्वि-आणविक रणनीति पेरोव्स्काइट रचनाओं की एक श्रृंखला के लिए प्रयोज्यता दिखाती है, जिनमें अग्रानुक्रम सौर कोशिकाओं के लिए आशाजनक हैं।"
नेचर में प्रकाशित उसी समूह के एक हालिया पेपर में कोशिका को लंबे समय तक उच्च तापमान पर काम करने में मदद करने के लिए पेरोव्स्काइट परत के नीचे सब्सट्रेट के लिए एक कोटिंग विकसित की गई है। लियू के अनुसार, यह समाधान विज्ञान पेपर के निष्कर्षों के साथ मिलकर काम कर सकता है।
जबकि टीम को उम्मीद है कि उनके निष्कर्ष बड़े वैज्ञानिक समुदाय को काम को आगे बढ़ाने के लिए प्रोत्साहित करेंगे, वे भी अनुवर्ती कार्रवाई पर काम करेंगे।
चेंग ने कहा, "जटिल इंटरफ़ेस समस्या को हल करने के लिए हमें अधिक लचीली रणनीति का उपयोग करना होगा।" "हम केवल एक प्रकार के अणु का उपयोग नहीं कर सकते, जैसा कि लोग पहले करते थे। हम दो प्रकार के पुनर्संयोजन को हल करने के लिए दो अणुओं का उपयोग करते हैं, लेकिन हमें यकीन है कि इंटरफ़ेस पर दोष-संबंधी पुनर्संयोजन के और भी प्रकार हैं। हमें उपयोग करने का प्रयास करने की आवश्यकता है अधिक अणुओं को एक साथ आने और यह सुनिश्चित करने के लिए कि सभी अणु एक-दूसरे के कार्यों को नष्ट किए बिना एक साथ काम करें।"
