शोधकर्ताओं ने एक नई तरह के अर्धचालक मिश्रित विकसित किया है जो दृश्य प्रकाश स्पेक्ट्रम के किनारे पर स्थित निकट-अवरक्त प्रकाश को पकड़ने में सक्षम है।
निर्माण के लिए आसान और कम से कम 25 प्रतिशत पिछले फॉर्मूलेशन से कम महंगा है, यह माना जाता है कि यह दुनिया की सबसे अधिक लागत वाली सामग्री है जो निकट-अवरक्त प्रकाश को पकड़ सकता है- और गैलियम आर्सेनाइड अर्धचालक के साथ संगत है जो प्रायः एकाग्रता फोटोवोल्टिक्स में इस्तेमाल होता है।
"सांद्रक फोटोवोल्टेिक्स अगली पीढ़ी को शक्ति दे सकता है।" सांद्रक फोटोवोल्टेिक्स गैलियम आर्सेनाइड या जर्मेनियम अर्धचालक से बना छोटे, उच्च दक्षता वाली सौर कोशिकाओं पर सूर्य के प्रकाश को इकट्ठा और केंद्रित करते हैं। वे 50 प्रतिशत की दक्षता दर हासिल करने के लिए ट्रैक पर हैं, जबकि पारंपरिक फ्लैट पैनल सिलिकॉन सौर कोशिकाओं के मध्य 20 में सबसे ऊपर है।
मिसाइल विश्वविद्यालय में सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग के प्रोफेसर राहेल गोल्डमैन के साथ-साथ मिशिगन विश्वविद्यालय में भौतिकी के रूप में फ्लैप-पैनल सिलिकॉन मूल रूप से दक्षता के मामले में बढ़े हैं, जिसका लैब ने मिश्र धातु विकसित किया था "सिलिकॉन की लागत कम नहीं हो रही है और दक्षता नहीं बढ़ रही है। एकाग्रता फोटोवोल्टेिक्स अगली पीढ़ी को शक्ति दे सकती है। "
सांद्रता फोटोवोल्टाइका की किस्मों आज मौजूद हैं वे एक साथ स्तरित तीन अलग अर्धचालक मिश्रों से बने होते हैं। एक प्रक्रिया में अर्धचालक वफ़र पर स्प्रे किया जाता है जिसे आण्विक-बीम एपिटैक्सी कहा जाता है- व्यक्तिगत तत्वों के साथ स्प्रे पेंटिंग जैसी एक बिट-प्रत्येक परत केवल कुछ माइक्रोन मोटी होती है परतें सौर स्पेक्ट्रम के विभिन्न भागों को पकड़ती हैं; प्रकाश जो एक परत के माध्यम से हो जाता है, उसे अगले द्वारा कब्जा कर लिया जाता है।
लेकिन इन अवरक्त कोशिकाओं के माध्यम से अवरक्त प्रकाश निकल जाता है। सालों के लिए, शोधकर्ताओं ने इस प्रकाश को पकड़ने के लिए कोशिकाओं में सैंडविच किया जा सकता है जो एक मायावी "चौथी परत" मिश्र धातु की ओर काम कर रहा है। यह एक लंबा आदेश है; सौर सेल में अन्य तीन परतों से मेल खाने वाली परमाणु संरचना के साथ मिश्र धातु को लागत प्रभावी, स्थिर, टिकाऊ, और अवरक्त प्रकाश के प्रति संवेदनशील होना चाहिए।
उन सभी चर प्राप्त करना सही नहीं है, और अब तक, शोधकर्ताओं को निषिद्ध महंगी सूत्रों के साथ अटक गया है जो पांच तत्वों या अधिक का उपयोग करते हैं।
एक सरल मिश्रण खोजने के लिए, गोल्डमैन की टीम ने इस प्रक्रिया में कई चर पर टैब रखने के लिए एक उपन्यास दृष्टिकोण तैयार किया। उन्होंने कस्टम-बिल्ट कंप्यूटर मॉडलिंग के साथ लॉस एलामोस नेशनल लेबोरेटरी में किए गए एक्स-रे विघटन सहित विश्वविद्यालय और आयन बीम विश्लेषण सहित जमीन के माप के तरीकों को मिलाया।
इस पद्धति का उपयोग करके, उन्होंने पाया कि आर्सेनिक अणु का थोड़ा अलग प्रकार विस्मूट के साथ अधिक प्रभावी रूप से जोड़ा जाएगा। वे मिश्रण में नाइट्रोजन और विस्मुट की मात्रा में सुधार करने में सक्षम थे, जिससे उन्हें एक अतिरिक्त विनिर्माण चरण को समाप्त करने में सक्षम कर दिया गया, जो पिछले फ़ार्मुलों की आवश्यकता थी। और उन्हें ठीक से सही तापमान मिला, जिससे तत्वों को आसानी से मिश्रण करने और सब्सट्रेट को सुरक्षित रूप से चिपकाएं।
"जादू 'एक शब्द नहीं है जिसे हम सामग्री वैज्ञानिकों के रूप में अक्सर उपयोग करते हैं,' गोल्डमैन कहते हैं। "लेकिन जब हम अंत में इसे ठीक से मिलते हैं तो ऐसा महसूस होता है।"
अग्रिम गोल्डमैन की प्रयोगशाला से एक और नवीनता की ऊँची एड़ी के जूते पर आता है जो गैलियम आर्सेनाइड सेमीकंडक्टर में रासायनिक परतों के विद्युत गुणों को बदलने के लिए "डोपिंग" प्रक्रिया को सरल करता है।
डोपिंग के दौरान, निर्माताओं ने "डिज़ाइनर अशुद्धियों" नामक रसायनों के मिश्रण को लागू किया है जिसे बदलने के लिए अर्धचालक कैसे बिजली लेते हैं और उन्हें बैटरी के इलेक्ट्रोड के समान सकारात्मक और नकारात्मक ध्रुवीकरण देते हैं। आमतौर पर गैलियम आर्सेनाइड अर्धचालक के लिए इस्तेमाल किए जाने वाले डोपिंग एजेंट सकारात्मक पक्ष पर नकारात्मक पक्ष और बेरिलियम पर सिलिकॉन हैं।
बेरिलियम एक समस्या है-यह विषाक्त है और सिलिकॉन डोपेंट्स की तुलना में इसके बारे में 10 बार अधिक खर्च होता है। बेरिलियम भी गर्मी के प्रति संवेदनशील है, जो विनिर्माण प्रक्रिया के दौरान लचीलेपन को सीमित करता है। लेकिन टीम ने पाया कि निम्न स्तरों से नीचे आर्सेनिक की मात्रा को कम करके, जिसे पहले स्वीकार्य माना जाता था, वे सिलिकॉन डोपेंट्स की ध्रुवीकरण "फ्लिप" कर सकते हैं, जिससे उन्हें सकारात्मक और नकारात्मक पक्ष दोनों के लिए सस्ता, सुरक्षित तत्व का उपयोग करने में सक्षम बनाते हैं।
"प्रोजेक्ट पर काम करने वाले एक पूर्व डॉक्टरेट के छात्र, रिचर्ड फील्ड कहते हैं," वाहक की ध्रुवीयता को बदलने में सक्षम होने पर, परमाणु 'निडरता की तरह', " "स्वाभाविक रूप से पैदा हुए लोगों के समान, यह क्षमता असामान्य रूप से परमाणु अशुद्धियों को खोजने के लिए असामान्य है।"
साथ में, सुधारित डोपिंग प्रक्रिया और नए मिश्र धातु सेंटीमीटर के इस्तेमाल के लिए कन्स्ट्रक्टर फोटोवोल्टाइक्स में एक्सएएनजीएक्स प्रतिशत सस्ता बना सकते हैं, बड़े पैमाने पर बिजली उत्पादन के लिए उच्च दक्षता वाले कोशिकाओं को बनाने की दिशा में एक बड़ा कदम है।
"मूल रूप से, यह हमें कम परमाणु स्प्रे के डिब्बे के साथ इन अर्धचालक बनाने में सक्षम बनाता है, और प्रत्येक काफी कम खर्चीला हो सकता है," गोल्डमैन कहते हैं। "विनिर्माण दुनिया में, उस प्रकार का सरलीकरण बहुत महत्वपूर्ण है ये नए मिश्र और डोपेंट्स भी अधिक स्थिर हैं, जिससे निर्माताओं को अधिक लचीलापन प्रदान करता है क्योंकि अर्धचालक विनिर्माण प्रक्रिया के माध्यम से आगे बढ़ते हैं। "
पत्रिका में दिखाई देने वाले कागज में नया मिश्र धातु का विवरण दिया गया है एप्लाइड फिजिक्स पत्र। नेशनल साइंस फाउंडेशन और यूएस डिपार्टमेंट ऑफ एनर्जी ऑफीस ऑफ साइंस ग्रेजुएट स्टूडेंट रिसर्च ने अनुसंधान का समर्थन किया।
स्रोत: यूनिवर्सिटी ऑफ मिशिगन
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