अल्ट्रा-पातळ सौर पेशी?

अल्ट्रा-पातळ सौर पेशी?

अति-पातळ सौर पेशी सुधारल्या: 2D पेरोव्स्काईट संयुगे मोठ्या उत्पादनांना आव्हान देण्यासाठी योग्य सामग्री आहेत.

तांदूळ विद्यापीठातील अभियंत्यांनी सेमीकंडक्टर पेरोव्स्काईट्सपासून बनवलेल्या अणु-प्रमाणातील पातळ सौर पेशींच्या डिझाइनमध्ये नवीन बेंचमार्क साध्य केले आहेत, पर्यावरणाचा सामना करण्याची क्षमता राखून त्यांची कार्यक्षमता वाढवली आहे.

राइस युनिव्हर्सिटीच्या जॉर्ज आर ब्राउन स्कूल ऑफ इंजिनियरिंगच्या आदित्य मोहिते प्रयोगशाळेत असे आढळून आले की सूर्यप्रकाश द्विमितीय पेरोव्स्काईटमधील अणू स्तरांमधील जागा कमी करतो, सामग्रीची फोटोव्होल्टेइक कार्यक्षमता 18% पर्यंत वाढवण्यासाठी पुरेशी आहे, जी वारंवार प्रगती आहे. . क्षेत्रामध्ये एक विलक्षण झेप घेतली गेली आहे आणि टक्केवारीत मोजली गेली आहे.

"10 वर्षांत, पेरोव्स्काईटची कार्यक्षमता सुमारे 3% वरून 25% पेक्षा जास्त झाली आहे," मोहिते म्हणाले. "इतर सेमीकंडक्टरला साध्य करण्यासाठी सुमारे 60 वर्षे लागतील. म्हणूनच आम्ही खूप उत्साहित आहोत."

पेरोव्स्काइट हे क्यूबिक जाळी असलेले कंपाऊंड आहे आणि एक कार्यक्षम प्रकाश संग्राहक आहे. त्यांची क्षमता बर्‍याच वर्षांपासून ज्ञात आहे, परंतु त्यांना एक समस्या आहे: ते सूर्यप्रकाश उर्जेमध्ये बदलू शकतात, परंतु सूर्यप्रकाश आणि आर्द्रता त्यांना खराब करू शकते.

"सौर सेल तंत्रज्ञान 20 ते 25 वर्षे टिकेल अशी अपेक्षा आहे," मोहिते म्हणाले, रसायन आणि बायोमोलेक्युलर अभियांत्रिकी आणि साहित्य विज्ञान आणि नॅनोइंजिनियरिंगचे सहयोगी प्राध्यापक. "आम्ही बर्‍याच वर्षांपासून काम करत आहोत आणि मोठ्या पेरोव्स्काईट्स वापरत आहोत जे खूप प्रभावी आहेत परंतु खूप स्थिर नाहीत. याउलट, द्विमितीय पेरोव्स्काईट्समध्ये उत्कृष्ट स्थिरता आहे परंतु ते छतावर ठेवण्यासाठी पुरेसे कार्यक्षम नाहीत.

"स्थिरतेशी तडजोड न करता त्यांना कार्यक्षम बनवणे ही सर्वात मोठी समस्या आहे."
पर्ड्यू युनिव्हर्सिटी आणि नॉर्थवेस्टर्न युनिव्हर्सिटी, यूएस डिपार्टमेंट ऑफ एनर्जी नॅशनल लॅबोरेटरीचे लॉस अलामोस, अर्गोन आणि ब्रूकहेव्हन आणि रेनेस, फ्रान्समधील इन्स्टिट्यूट ऑफ इलेक्ट्रॉनिक्स अँड डिजिटल टेक्नॉलॉजी (INSA) मधील राईस अभियंते आणि त्यांचे सहकारी आणि त्यांच्या सहकार्यांना असे आढळले की काही द्विमितीय पेरोव्स्काईट्स, सूर्यप्रकाश प्रभावीपणे अणूंमधील जागा कमी करतो, विद्युत प्रवाह वाहून नेण्याची त्यांची क्षमता वाढवतो.

"आम्हाला आढळले की जेव्हा तुम्ही सामग्री प्रज्वलित करता, तेव्हा तुम्ही ते स्पंजसारखे पिळून टाकता आणि त्या दिशेने चार्ज हस्तांतरण वाढविण्यासाठी स्तर एकत्र करा," मोच म्हणाले. संशोधकांना असे आढळले की वरच्या बाजूस आयोडाइड आणि तळाशी शिसे यांच्यामध्ये सेंद्रिय केशनचा एक थर ठेवल्याने थरांमधील परस्परसंवाद वाढू शकतो.

"हे कार्य उत्तेजित अवस्था आणि अर्धकणांच्या अभ्यासासाठी खूप महत्वाचे आहे, जेथे सकारात्मक चार्जचा एक थर दुसऱ्यावर आहे आणि नकारात्मक चार्ज दुसऱ्यावर आहे आणि ते एकमेकांशी बोलू शकतात," मोच म्हणाले. "याला एक्सिटॉन्स म्हणतात आणि त्यांच्यात अद्वितीय गुणधर्म असू शकतात.

"हा प्रभाव आम्हाला स्टॅक केलेले 2D ट्रान्झिशन मेटल डिचॅल्कोजेनाइड्स सारख्या जटिल हेटरोस्ट्रक्चर्स तयार न करता या मूलभूत प्रकाश-पदार्थांच्या परस्परसंवादांना समजून घेण्यास आणि समायोजित करण्यास अनुमती देतो," तो म्हणाला.

फ्रान्समधील सहकाऱ्यांनी संगणक मॉडेलसह प्रयोगाची पुष्टी केली. जॅकी इव्हन, INSA मधील भौतिकशास्त्राचे प्राध्यापक, म्हणाले: "हे संशोधन सर्वात प्रगत ab initio सिम्युलेशन तंत्रज्ञान, मोठ्या प्रमाणात राष्ट्रीय सिंक्रोट्रॉन सुविधा वापरून साहित्य संशोधन आणि कार्यरत असलेल्या सौर पेशींचे इन-सीटू वैशिष्ट्य एकत्र करण्याची एक अनोखी संधी प्रदान करते. ." "हे पेपर प्रथमच वर्णन करते की पेरोव्स्काईट सामग्रीमध्ये सीपेजची घटना अचानक चार्जिंग करंट कशी सोडते."

दोन्ही परिणाम दर्शवितात की सौर तीव्रतेवर सौर सिम्युलेटरच्या 10 मिनिटांच्या संपर्कात आल्यानंतर, द्विमितीय पेरोव्स्काइट त्याच्या लांबीसह 0.4% आणि वरपासून खालपर्यंत सुमारे 1% कमी होते. त्यांनी हे सिद्ध केले की सूर्याच्या पाच तीव्रतेच्या अंतर्गत प्रभाव 1 मिनिटात दिसू शकतो.

"हे फारसे वाटत नाही, परंतु जाळीच्या अंतराच्या 1% संकोचनामुळे इलेक्ट्रॉन प्रवाहात लक्षणीय वाढ होईल," ली वेनबिन, राइसमधील पदवीधर विद्यार्थी आणि सह-प्रमुख लेखक म्हणाले. "आमच्या संशोधनातून असे दिसून आले आहे की सामग्रीचे इलेक्ट्रॉनिक वहन तिप्पट वाढले आहे."

त्याच वेळी, क्रिस्टल जाळीचे स्वरूप 80 अंश सेल्सिअस (176 अंश फॅरेनहाइट) पर्यंत गरम असतानाही, सामग्रीला क्षीण होण्यास प्रतिरोधक बनवते. संशोधकांना असेही आढळले की दिवे बंद केल्यावर जाळी त्वरीत त्याच्या मानक कॉन्फिगरेशनमध्ये परत येते.

पदवीधर विद्यार्थी आणि सह-प्रमुख लेखक सिराज सिद्धिक म्हणाले, "2D पेरोव्स्काईट्सचे एक मुख्य आकर्षण हे आहे की त्यांच्यामध्ये सामान्यतः आर्द्रता अडथळे म्हणून काम करणारे सेंद्रिय अणू असतात, ते थर्मलली स्थिर असतात आणि आयन स्थलांतर समस्या सोडवतात." "3D पेरोव्स्काईट्स थर्मल आणि प्रकाश अस्थिरतेसाठी प्रवण असतात, म्हणून संशोधकांनी मोठ्या पेरोव्स्काईट्सच्या वर 2D स्तर ठेवण्यास सुरुवात केली की ते दोन्हीपैकी जास्तीत जास्त फायदा घेऊ शकतात का.

"आम्हाला वाटते, चला फक्त 2D वर स्विच करू आणि ते कार्यक्षम बनवू," तो म्हणाला.

सामग्रीचे संकोचन पाहण्यासाठी, टीमने यूएस डिपार्टमेंट ऑफ एनर्जी (DOE) विज्ञान कार्यालयाच्या दोन वापरकर्ता सुविधांचा वापर केला: यूएस ऊर्जा विभागाच्या ब्रूकहेव्हन नॅशनल लॅबोरेटरीचा नॅशनल सिंक्रोट्रॉन लाइट सोर्स II आणि प्रगत राज्य प्रयोगशाळा. यूएस ऊर्जा विभागाची अर्गोन राष्ट्रीय प्रयोगशाळा. फोटॉन स्रोत (एपीएस) प्रयोगशाळा.

अर्गोन भौतिकशास्त्रज्ञ जो स्ट्रझाल्का, पेपरचे सह-लेखक, रिअल-टाइममध्ये सामग्रीमधील लहान संरचनात्मक बदल कॅप्चर करण्यासाठी APS च्या अल्ट्रा-उज्ज्वल क्ष-किरणांचा वापर करतात. APS बीमलाइनच्या 8-ID-E वरील संवेदनशील साधन "ऑपरेशनल" अभ्यासांना अनुमती देते, याचा अर्थ जेव्हा उपकरणे सामान्य ऑपरेटिंग परिस्थितीत तापमान किंवा वातावरणात नियंत्रित बदल घडवून आणतात तेव्हा केलेले अभ्यास. या प्रकरणात, स्ट्रझाल्का आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी तापमान स्थिर ठेवताना सौर सेलमधील प्रकाशसंवेदनशील सामग्रीला नक्कल सूर्यप्रकाशात उघड केले आणि अणू स्तरावर लहान आकुंचन पाहिले.

नियंत्रण प्रयोग म्हणून, स्ट्रझाल्का आणि त्यांच्या सह-लेखकांनी खोली अंधारात ठेवली, तापमान वाढवले ​​आणि उलट परिणाम - सामग्रीचा विस्तार पाहिला. हे असे सूचित करते की प्रकाश स्वतःच, तो निर्माण करणारी उष्णता नाही, परिवर्तनास कारणीभूत आहे.

"अशा बदलांसाठी, ऑपरेशनल संशोधन करणे महत्वाचे आहे," स्ट्रझाल्का म्हणाले. "जसे तुमच्या मेकॅनिकला तुमचे इंजिन चालवायचे आहे त्यात काय चालले आहे ते पाहण्यासाठी, आम्हाला मूलत: या रूपांतरणाचा व्हिडिओ घ्यायचा आहे, एक स्नॅपशॉट नाही. APS सारख्या सुविधा आम्हाला हे करू देतात."

स्ट्रझाल्का यांनी निदर्शनास आणून दिले की APS त्याच्या क्ष-किरणांची चमक 500 पटीने वाढवण्यासाठी लक्षणीय सुधारणा करत आहे. ते म्हणाले की, ते पूर्ण झाल्यावर, उजळ किरण आणि वेगवान, तीक्ष्ण डिटेक्टर हे बदल अधिक संवेदनशीलतेने शोधण्याची शास्त्रज्ञांची क्षमता वाढवतील.

हे राईस टीमला चांगल्या कामगिरीसाठी सामग्री समायोजित करण्यात मदत करू शकते. "आम्ही 20% पेक्षा जास्त कार्यक्षमता प्राप्त करण्यासाठी कॅशन आणि इंटरफेस डिझाइन करत आहोत," सिद्धिक म्हणाले. "हे पेरोव्स्काईट फील्डमधील सर्व काही बदलेल कारण नंतर लोक 2D पेरोव्स्काईट/सिलिकॉन आणि 2D/2D पेरोव्स्काईट मालिकेसाठी 3D पेरोव्स्काईट वापरण्यास सुरवात करतील, ज्यामुळे कार्यक्षमता 30% च्या जवळ येईल. यामुळे त्याचे व्यापारीकरण आकर्षक होईल."