स्रोत: oist.jp
ओकिनावा इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी ग्रेजुएट यूनिवर्सिटी (OIST) के शोधकर्ताओं ने अगली पीढ़ी के सौर मॉड्यूल को उच्च दक्षता और अच्छी स्थिरता के साथ बनाया है। एक प्रकार की सामग्री जिसे पेरोसाइट्स कहा जाता है, का उपयोग करके बनाया गया, ये सौर मॉड्यूल 2000 घंटों से अधिक समय तक उच्च प्रदर्शन बनाए रख सकते हैं। उनके निष्कर्ष, प्रमुख पत्रिका नेचर एनर्जी में 20 वीं जुलाई 2020 की रिपोर्ट में, व्यावसायीकरण की संभावनाओं को रोशन किया है।
सौर ऊर्जा उद्योग में क्रांतिकारी बदलाव लाने की क्षमता पेरकोवसाइट्स की है। लचीले और हल्के, वे भारी और कठोर सिलिकॉन-आधारित कोशिकाओं की तुलना में अधिक बहुमुखी प्रतिभा का वादा करते हैं जो वर्तमान में बाजार पर हावी हैं। लेकिन वैज्ञानिकों को कुछ प्रमुख बाधाओं को पार करना होगा, इससे पहले कि पेरोक्विस का व्यवसायीकरण किया जा सके।
"तीन स्थितियां हैं जो पेरोसाइट्स को मिलनी चाहिए: उन्हें उत्पादन करने के लिए सस्ता होना चाहिए, अत्यधिक कुशल और एक लंबा जीवनकाल होना चाहिए," प्रोफेसर याबिंग क्यूई ने कहा, ओआईएसटी के प्रमुखऊर्जा सामग्री और भूतल विज्ञान इकाई, जिन्होंने इस अध्ययन का नेतृत्व किया।
एक पर्कोविते सोलर सेल का प्रदर्शन
Perovskite सौर कोशिकाओं को बनाने की लागत कम है, क्योंकि सस्ते कच्चे माल को संसाधित करने के लिए बहुत कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है। और सिर्फ एक दशक में, वैज्ञानिकों ने यह सुधार करने में भारी प्रगति की है कि प्रभावी रूप से पेरोसाइट सौर सेल सूर्य के प्रकाश को बिजली में कैसे परिवर्तित करते हैं, दक्षता के स्तर के साथ अब सिलिकॉन आधारित कोशिकाओं की तुलना में।
हालांकि, एक बार छोटे सौर कोशिकाओं से बड़े सौर मॉड्यूल तक बढ़ा दिया गया, पेकोवसाइट प्लमेट के दक्षता स्तर। यह समस्याग्रस्त है क्योंकि वाणिज्यिक सौर प्रौद्योगिकी को सौर पैनलों के आकार में कुशल रहने की आवश्यकता है, लंबाई में कई फीट।
“स्केलिंग-अप की बहुत मांग है; सामग्री में कोई भी दोष अधिक स्पष्ट हो जाता है, इसलिए आपको उच्च गुणवत्ता वाली सामग्री और बेहतर निर्माण तकनीकों की आवश्यकता होती है, ”इस अध्ययन के सह-लेखक डॉ लुइस ओनो ने समझाया।
(लेफ्ट) OIST एनर्जी मटीरियल्स एंड सर्फेस साइंसेस यूनिट सौर कोशिकाओं और अलग-अलग आकार के मॉड्यूल के साथ काम करता है। (दाएं) इस अध्ययन में, वैज्ञानिकों ने 5 सेमी x 5 सेमी सौर मॉड्यूल के साथ काम किया।
पेर्कोवसाइट्स की अस्थिरता गहन जांच के तहत एक और महत्वपूर्ण मुद्दा है। वाणिज्यिक सौर कोशिकाओं को ऑपरेशन के वर्षों का सामना करने में सक्षम होने की आवश्यकता है लेकिन वर्तमान में पेरोसाइट सौर कोशिकाओं का तेजी से क्षरण होता है।
परतों का निर्माण
ओईएस टेक्नोलॉजी डेवलपमेंट एंड इनोवेशन सेंटर के प्रूफ ऑफ कॉन्सेप्ट प्रोग्राम द्वारा समर्थित प्रोफेसर क्यूई की टीम ने एक नए दृष्टिकोण का उपयोग करके इन स्थिरता और दक्षता के मुद्दों को संबोधित किया। Perovskite सौर उपकरण कई परतों से बने होते हैं - प्रत्येक एक विशिष्ट फ़ंक्शन के साथ। केवल एक परत पर ध्यान केंद्रित करने के बजाय, उन्होंने डिवाइस के समग्र प्रदर्शन को देखा और कैसे परतें एक-दूसरे के साथ बातचीत करती हैं।
सक्रिय पेरोसाइट परत, जो सूर्य के प्रकाश को अवशोषित करती है, उपकरण के केंद्र में स्थित है, अन्य परतों के बीच सैंडविच है। जब प्रकाश के फोटोन पेरोसाइट परत पर प्रहार करते हैं, तो नकारात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रॉन इस ऊर्जा का दोहन करते हैं और उच्च ऊर्जा स्तर तक "कूद" जाते हैं, जो सकारात्मक रूप से आवेशित "छिद्रों" को पीछे छोड़ते हैं जहां इलेक्ट्रॉन हुआ करते थे। इन आवेशों को फिर सक्रिय दिशा में विपरीत दिशा में मोड़ दिया जाता है और सक्रिय लेयर के ऊपर और नीचे ट्रांसपोर्ट लेयर्स को छेद दिया जाता है। यह चार्ज का प्रवाह बनाता है - या बिजली - जो इलेक्ट्रोड के माध्यम से सौर उपकरण को छोड़ सकता है। डिवाइस को एक सुरक्षात्मक परत द्वारा भी समझाया जाता है जो गिरावट को कम करता है और विषाक्त रसायनों को पर्यावरण में लीक होने से रोकता है।
Perovskite सौर कोशिकाओं और मॉड्यूल में कई परतें होती हैं, जिनमें से प्रत्येक का एक विशिष्ट कार्य होता है। वैज्ञानिकों ने नारंगी में उजागर परतों को जोड़ा या संशोधित किया।
अध्ययन में, वैज्ञानिकों ने सौर मॉड्यूल के साथ काम किया जो 22.4 सेमी 2 थे।
वैज्ञानिकों ने पहली बार दोनों परतों के बीच EDTAK नामक केमिकल डालकर पर्कोव्इट एक्टिव लेयर और इलेक्ट्रॉन ट्रांसपोर्ट लेयर के बीच के इंटरफेस में सुधार किया। उन्होंने पाया कि ईडीटीएके ने टिन ऑक्साइड इलेक्ट्रॉन परिवहन परत को पेरोसाइट सक्रिय परत के साथ प्रतिक्रिया करने से रोक दिया, जिससे सौर मॉड्यूल की स्थिरता बढ़ गई।
EDTAK ने दो अलग-अलग तरीकों से पर्कोव्इट सौर मॉड्यूल की दक्षता में भी सुधार किया। सबसे पहले, EDTAK में पोटेशियम सक्रिय पेरोसाइट परत में चला गया और पेरोसाइट सतह पर "कम" छोटे दोष। इसने इन दोषों को गतिमान इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों को फंसने से रोका, जिससे अधिक बिजली उत्पन्न की जा सके। EDTAK ने टिन ऑक्साइड इलेक्ट्रॉन परिवहन परत के प्रवाहकीय गुणों को बढ़ाकर भी प्रदर्शन में वृद्धि की, जिससे पेरोसाइट परत से इलेक्ट्रॉनों को इकट्ठा करना आसान हो गया।
वैज्ञानिकों ने पेर्कोवसाइट सक्रिय परत और छेद परिवहन परत के बीच इंटरफेस में समान सुधार किए। इस बार, उन्होंने परतों के बीच ईएएमए नामक एक प्रकार का पेर्कोवाइट जोड़ा, जिसने छेद प्राप्त करने के लिए छेद परिवहन परत की क्षमता को बढ़ाया।
ईएएमए-उपचारित डिवाइस ने आर्द्रता और तापमान परीक्षणों के तहत बेहतर स्थिरता भी दिखाई। यह इस कारण से था कि कैसे ईएएमए ने पेरोसाइट सक्रिय परत की सतह के साथ बातचीत की, जो क्रिस्टल अनाज का मोज़ेक है। ईएएमए के बिना सौर उपकरणों में, वैज्ञानिकों ने देखा कि सक्रिय परत की सतह पर दरारें बनती हैं, जो इन अनाजों के बीच की सीमाओं से उत्पन्न हुई थीं। जब वैज्ञानिकों ने ईएएमए को जोड़ा, तो उन्होंने देखा कि अतिरिक्त पेकोव्साइट सामग्री ने अनाज की सीमाओं को भरा और नमी को प्रवेश करने से रोक दिया, जिससे इन दरारों को बनने से रोका गया।
टीम ने PH3T नामक बहुलक की एक छोटी मात्रा में मिलाकर, छेद परिवहन परत को भी संशोधित किया। इस बहुलक ने पानी-रिपेलेंट गुणों के साथ परत प्रदान करके नमी प्रतिरोध को बढ़ाया।
बहुलक ने एक प्रमुख मुद्दे को भी हल किया है जिसमें पहले से दीर्घकालिक स्थिरता में सुधार में बाधा है। पेरोसाइट सौर मॉड्यूल के शीर्ष पर इलेक्ट्रोड सोने की पतली स्ट्रिप्स से बनता है। लेकिन समय के साथ, छोटे सोने के कण इलेक्ट्रोड से निकलते हैं, छेद परिवहन परत के माध्यम से और सक्रिय पेरोसाइट परत में। यह अपरिवर्तनीय रूप से डिवाइस के प्रदर्शन को बाधित करता है।
जब शोधकर्ताओं ने PH3T को शामिल किया, तो उन्होंने पाया कि सोने के कण उपकरण में अधिक धीरे-धीरे चले गए जिससे मॉड्यूल के जीवनकाल में काफी वृद्धि हुई।
उनके अंतिम सुधार के लिए, वैज्ञानिकों ने सौर मॉड्यूल को एक सुरक्षात्मक कोटिंग प्रदान करने के लिए, कांच के अलावा, बहुलक, पैरीलेन की एक पतली परत को जोड़ा। इस अतिरिक्त सुरक्षा के साथ, सौर मॉड्यूल अपने प्रारंभिक प्रदर्शन के 86% के बारे में बनाए रखा, 2000 घंटे की निरंतर रोशनी के बाद भी।
नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ एडवांस्ड इंडस्ट्रियल साइंस एंड टेक्नोलॉजी (AIST) में डॉ। सईद कज़ौई के साथ मिलकर, OIST टीम ने बेहतर सौर मॉड्यूल का परीक्षण किया और 16.6% की दक्षता प्राप्त की - जो उस आकार के सौर मॉड्यूल के लिए एक बहुत ही उच्च दक्षता है। शोधकर्ताओं का लक्ष्य अब बड़े सौर मॉड्यूल पर इन संशोधनों को पूरा करना है, जिससे भविष्य में बड़े पैमाने पर, वाणिज्यिक सौर प्रौद्योगिकी के विकास की ओर अग्रसर हो सके।
