सोलर सेल के लिए एक नया डिजाइन जो कि सस्ती, सामान्यतः उपलब्ध सामग्री का उपयोग करता है, वह प्रतिद्वंद्वी और भी सिलिकॉन से बने पारंपरिक कोशिकाओं को पार कर सकता है।
वैज्ञानिकों ने टर्न और अन्य प्रचुर तत्वों का इस्तेमाल प्रतिोवैक्टिविटी के उपन्यास रूपों को बनाने के लिए किया है- एक फोटोवोल्टिक क्रिस्टलीय सामग्री जो पतली, अधिक लचीली और सिलिकॉन क्रिस्टल की तुलना में आसान है। वे पत्रिका में अपने शोध की रिपोर्ट करते हैं विज्ञान.
स्टेनफोर्ड यूनिवर्सिटी में सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग के प्रोफेसर, अध्ययन सहलेखक माइकल मैकग़ी कहते हैं, "पेरोवास्काइट अर्धचालक ने कम लागत पर उच्च दक्षता वाली सौर कोशिकाओं को बनाने के लिए बहुत अच्छा वादा दिखाया है।" "हमने एक मजबूत, सभी-परोवास्काइड डिवाइस तैयार किया है जो सूरज की रोशनी को 20.3 प्रतिशत की दक्षता के साथ बिजली में परिवर्तित करता है, जो बाजार पर आज सिलिकॉन सौर कोशिकाओं के बराबर है।"
डबल पेरोवैस्केच स्टैक
इस नए डिवाइस में दो पेरोवास्काइट सौर कोशिकाओं को मिलकर मिलकर रखा गया है। प्रत्येक कोशिका कांच पर छपा हुआ है, लेकिन प्लास्टिक की कोशिकाओं को प्रिंट करने के लिए एक ही तकनीक का इस्तेमाल किया जा सकता है।
ऑक्सफ़ोर्ड विश्वविद्यालय के भौतिकी के प्रोफेसर सहलेखक हेनरी सानाथ कहते हैं, "सभी-परोवस्केस अग्रानुक्रम कोशिकाओं ने हमने पतली फिल्म सौर कोशिकाओं के लिए स्पष्ट रूप से 30 प्रतिशत दक्षता प्रदान करने के लिए एक रोडमैप का प्रदर्शन किया है।" "यह सिर्फ शुरुआत है।"
पिछले अध्ययनों से पता चला कि प्रतिोवस्कर की एक परत को जोड़ने से सिलिकॉन सौर कोशिकाओं की दक्षता में सुधार हो सकता है। लेकिन दो ऑल-परोवस्कीक कोशिकाओं वाला एक अग्रानुक्रम उपकरण सस्ता और कम ऊर्जा-सघन होगा, वैज्ञानिक कहते हैं।
स्टैनफोर्ड में एक पोस्टडॉक्टरल विद्वान सहबद्ध लेखक टोमास लीजटेंस कहते हैं, "एक सिलिकॉन सौर पैनल सिलिका रॉक को सिलिकॉन क्रिस्टल में परिवर्तित करने से शुरू होता है जिसमें 3,000 डिग्री फ़ारेनहाइट (1,600 डिग्री सेल्सियस) से ऊपर तापमान शामिल होता है।" "पेरोव्स्काइट कोशिकाओं को लीड, टिन और ब्रोमाइन जैसी सामान्य सामग्रियों से प्रयोगशाला में संसाधित किया जा सकता है, फिर कमरे के तापमान पर ग्लास पर मुद्रित किया जा सकता है।"
एक मुश्किल चुनौती
लेकिन एक सर्व-परोवस्कीट टेंडेम उपकरण बनाना एक मुश्किल चुनौती है। मुख्य समस्या एक स्थिर वोल्टेज उत्पन्न करने के लिए सूरज से पर्याप्त ऊर्जा को कैप्चर करने में सक्षम स्थिर प्रतिोवस्की सामग्री बना रही है।
एक ठेठ perovskite सेल सौर स्पेक्ट्रम के दृश्य भाग से फोटॉनों का उत्पादन करता है। उच्च-ऊर्जा फोटॉनों को "ऊर्जा अंतर" के पार कूदने के लिए और विद्युत धारा बनाने के लिए, प्रतिोवस्की क्रिस्टल में इलेक्ट्रॉनों का कारण बन सकता है।
एक छोटे से ऊर्जा अंतर के साथ एक सौर सेल अधिकांश फोटॉनों को अवशोषित कर सकता है लेकिन बहुत कम वोल्टेज का उत्पादन करता है। एक बड़ी ऊर्जा अंतर के साथ एक सेल एक उच्च वोल्टेज उत्पन्न करता है, लेकिन कम-ऊर्जा फोटॉन इसके माध्यम से सही निकलता है।
वॉशिंगटन विश्वविद्यालय में वर्तमान में एक ऑक्सफ़ोर्ड पोस्टडॉक्टरल विद्वान, सह-मुख्य लेखक गैइल्स एपरोन कहते हैं, एक कुशल टेंडेम डिवाइस में दो आदर्श रूप से मिलान किए गए सेल होंगे।
"बड़ी ऊर्जा अंतर के साथ सेल उच्च-ऊर्जा फोटॉनों को अवशोषित करेगा और एक अतिरिक्त वोल्टेज उत्पन्न करेगा," एपारॉन कहते हैं। "छोटे ऊर्जा अंतर वाले सेल में फोटॉन काटा जा सकता है जो पहले सेल द्वारा एकत्र नहीं किए जाते हैं और अभी भी वोल्टेज उत्पन्न करते हैं।"
स्थिरता समस्या
छोटे अंतर ने वैज्ञानिकों के लिए बड़ी चुनौती साबित कर दी है। एक साथ कार्य करना, एपारॉन और लीजटेन्स ने छोटे ऊर्जा अंतर के साथ एक कुशल सेल बनाने के लिए टिन, सीसा, सीज़ियम, आयोडीन और कार्बनिक पदार्थों के एक अद्वितीय संयोजन का उपयोग किया।
"हम एक उपन्यास परोवस्केट विकसित करते हैं जो निम्न-ऊर्जा अवरक्त प्रकाश को अवशोषित करता है और एक 14.8 रूपांतरण क्षमता को बचाता है," एपारॉन कहते हैं। "हम एक इसी तरह की सामग्री से बना एक परोवस्की सेल के साथ मिलकर, लेकिन एक बड़ी ऊर्जा अंतर के साथ।"
परिणाम: 20.3 प्रतिशत की एक संयुक्त दक्षता के साथ दो परोवस्की कोशिकाओं से मिलकर एक अग्रानुक्रम डिवाइस।
लेविटेन्स कहते हैं, "पेरोस्कोट्स के लिए हजारों संभावित संयुग्म हैं", लेकिन लेविटेंस कहते हैं, "लेकिन यह बहुत अच्छी तरह से काम करता है, इससे पहले कुछ भी बेहतर होता है।"
'ग्लू' चाल बड़ा पेरोवास्काइट सौर कोशिकाएं बढ़ती है
पेरोज़्काइट्स के साथ एक चिंता स्थिरता है। सिलिकॉन से बना छत सौर पैनल आमतौर पर पिछले 25 वर्ष या उससे अधिक। लेकिन जब कुछ नमी या प्रकाश से अवगत कराया जाता है, तो कुछ प्याोवस्कास जल्दी नीचा दिखते हैं। पिछले प्रयोगों में, टिन के साथ बने पेरोस्कोट विशेष रूप से अस्थिर पाए गए थे।
स्थिरता का आकलन करने के लिए, शोध टीम ने प्रयोगात्मक कोशिकाओं को चार दिनों के लिए 212 डिग्री फ़ारेनहाइट (एक्सएक्सएक्सएक्स डिग्री सेल्सियस) के तापमान के अधीन किया।
"महत्वपूर्ण रूप से, हमने पाया कि हमारी कोशिकाओं को उत्कृष्ट थर्मल और वायुमंडलीय स्थायित्व, टिन आधारित परोवस्की के लिए अभूतपूर्व दिखाई देता है," लेखक लिखते हैं।
मैगजीन कहते हैं, "हमारे अग्रानुक्रम डिवाइस की क्षमता पहले से ही अन्य कम लागत वाले अर्धचालक, जैसे कार्बनिक छोटे अणुओं और माइक्रोक्रिस्टिलिन सिलिकॉन के साथ बनाई जाने वाली सबसे अच्छी टेंडेम सौर कोशिकाओं से अधिक है," मैक्गी कहते हैं। "जो लोग संभावित को देखते हैं, ये पता चलता है कि ये परिणाम अद्भुत हैं।"
अगले चरण के लिए सामग्री की संरचना को अधिक प्रकाश अवशोषित और एक भी उच्च वर्तमान उत्पन्न अनुकूलन है, Snaith कहते हैं।
वे कहते हैं, "पेरोज़िस्कीज़ की बहुमुखी प्रतिभा, सामग्री और विनिर्माण की कम लागत, अब बहुत उच्च क्षमता हासिल करने की क्षमता के साथ मिलकर, फोटोवोल्टिक उद्योग के लिए ट्रांसफार्मिव हो जाने के बाद एक बार विनिर्माण और स्वीकार्य स्थिरता साबित हो जाएगी।"
स्टैनफोर्ड, ऑक्सफोर्ड, बेल्जियम के हैसेल्ट विश्वविद्यालय और सनप्रीम इंक के अन्य शोधकर्ता अध्ययन के सह-लेखक हैं।
फंडिंग ग्राफीन फ्लैगशिप, द लीवरहल्म ट्रस्ट, यूके इंजीनियरिंग एंड फिजिकल साइंसेज रिसर्च काउंसिल, यूरोपियन यूनियन सेवेंथ फ्रेमवर्क प्रोग्राम, होराइजन 2020, यूएस ऑफिस ऑफ नेवल रिसर्च और स्टैनफोर्ड से ग्लोबल क्लाइमेट एंड एनर्जी प्रोजेक्ट से आया है।
स्रोत: स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय
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