शोध से सौर सेलों की तापीय अस्थिरता का चलता है पता

वाशिंगटन (एएनआई): हाल के वर्षों में एक नई प्रकार की सौर प्रौद्योगिकी का वादा किया गया है। Halide perovskite सौर सेल विद्युत ऊर्जा के उत्पादन के लिए उच्च-प्रदर्शन और कम लागत दोनों हैं - भविष्य की किसी भी सफल सौर प्रौद्योगिकी के लिए दो आवश्यक तत्व। लेकिन नई सौर सेल सामग्री को सिलिकॉन आधारित सौर कोशिकाओं की स्थिरता से मेल खाना चाहिए, जो 25 से अधिक वर्षों की विश्वसनीयता का दावा करता है।

नए प्रकाशित शोध में, जॉर्जिया टेक में स्कूल ऑफ मैटेरियल्स साइंसेज एंड इंजीनियरिंग में सहायक प्रोफेसर जुआन-पाब्लो कोरिया-बेना की अगुआई वाली एक टीम से पता चलता है कि हलाइड पेरोसाइट सौर सेल पहले के विचार से कम स्थिर हैं। उनके काम से कोशिकाओं की इंटरफ़ेस परतों के भीतर होने वाली थर्मल अस्थिरता का पता चलता है, लेकिन हलाइड पेरोव्स्काइट सौर प्रौद्योगिकी के लिए विश्वसनीयता और दक्षता की दिशा में आगे बढ़ने का मार्ग भी प्रदान करता है। दिसंबर 2022 में एडवांस्ड मैटेरियल्स पत्रिका के लिए कवर स्टोरी के रूप में प्रकाशित उनका शोध, फोटोवोल्टाइक्स में पेरोव्स्काइट्स के साथ काम करने वाले शिक्षाविदों और उद्योग पेशेवरों दोनों के लिए तत्काल प्रभाव डालता है, जो सूरज की रोशनी से उत्पन्न विद्युत धाराओं से संबंधित क्षेत्र है।

लेड हलाइड पेरोसाइट सौर सेल सूर्य के प्रकाश को विद्युत शक्ति में बेहतर रूपांतरण का वादा करते हैं। वर्तमान में, इन कोशिकाओं से उच्च रूपांतरण दक्षता को सहलाने के लिए सबसे आम रणनीति उनकी सतहों को बड़े सकारात्मक रूप से आवेशित आयनों के साथ उपचारित करना है, जिन्हें धनायन के रूप में जाना जाता है।

ये उद्धरण पेरोसाइट परमाणु-पैमाने की जाली में फिट होने के लिए बहुत बड़े हैं, और पेरोसाइट क्रिस्टल पर उतरने पर, इंटरफ़ेस पर सामग्री की संरचना को बदलते हैं जहां वे जमा होते हैं। परिणामी परमाणु पैमाने के दोष सौर सेल से वर्तमान निष्कर्षण की प्रभावकारिता को सीमित करते हैं। इन संरचनात्मक परिवर्तनों के बारे में जागरूकता के बावजूद, इस बात पर शोध कि जमाव के बाद केशन स्थिर हैं या नहीं, एक प्रक्रिया को समझने में एक अंतर छोड़ देता है जो हलाइड पेरोसाइट सौर कोशिकाओं की दीर्घकालिक व्यवहार्यता को प्रभावित कर सकता है।

"हमारी चिंता यह थी कि लंबे समय तक सौर सेल संचालन के दौरान, इंटरफेस का पुनर्निर्माण जारी रहेगा," कोरिया-बैना ने कहा। "इसलिए, हमने यह समझने और प्रदर्शित करने की कोशिश की कि यह प्रक्रिया समय के साथ कैसे होती है।"

प्रयोग को अंजाम देने के लिए, टीम ने विशिष्ट पेरोसाइट फिल्मों का उपयोग करके एक नमूना सौर उपकरण बनाया। डिवाइस में आठ स्वतंत्र सौर सेल हैं, जो शोधकर्ताओं को प्रत्येक सेल के प्रदर्शन के आधार पर प्रयोग करने और डेटा उत्पन्न करने में सक्षम बनाता है। उन्होंने जांच की कि कोशिकाएं किस प्रकार प्रदर्शन करेंगी, दोनों के साथ और बिना cation सतह के उपचार के साथ, और सिंक्रोट्रॉन-आधारित एक्स-रे लक्षण वर्णन तकनीकों का उपयोग करके लंबे समय तक थर्मल तनाव से पहले और बाद में प्रत्येक कोशिका के cation-संशोधित इंटरफेस का अध्ययन किया।

सबसे पहले, शोधकर्ताओं ने पूर्व-उपचारित नमूनों को 40 मिनट के लिए 100 डिग्री सेल्सियस पर उजागर किया, और फिर एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करके रासायनिक संरचना में उनके परिवर्तनों को मापा। फिल्म की सतह पर किस प्रकार की क्रिस्टल संरचनाएं बनती हैं, इसकी जांच के लिए उन्होंने एक अन्य प्रकार की एक्स-रे तकनीक का भी उपयोग किया। दो उपकरणों से मिली जानकारी को मिलाकर, शोधकर्ता कल्पना कर सकते हैं कि कैसे जाली जाली में फैलती है और गर्मी के संपर्क में आने पर इंटरफ़ेस संरचना कैसे बदलती है।

अगला, यह समझने के लिए कि कैसे कटियन-प्रेरित संरचनात्मक परिवर्तन सौर सेल के प्रदर्शन को प्रभावित करते हैं, शोधकर्ताओं ने जॉर्जिया टेक में भौतिकी और रसायन विज्ञान के प्रोफेसर कार्लोस सिल्वा के सहयोग से उत्तेजना सहसंबंध स्पेक्ट्रोस्कोपी को नियोजित किया। तकनीक सौर सेल के नमूनों को प्रकाश के बहुत तेज स्पंदों के सामने उजागर करती है और प्रत्येक स्पंद के बाद फिल्म से उत्सर्जित प्रकाश की तीव्रता का पता लगाती है ताकि यह समझ सके कि प्रकाश से ऊर्जा कैसे खो जाती है। माप शोधकर्ताओं को यह समझने की अनुमति देते हैं कि किस प्रकार के सतह दोष प्रदर्शन के लिए हानिकारक हैं।

अंत में, टीम ने सौर कोशिकाओं की क्षमता में अंतर के साथ संरचना और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक गुणों में परिवर्तन को सहसंबद्ध किया। उन्होंने दो सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले उद्धरणों में उच्च तापमान से प्रेरित परिवर्तनों का भी अध्ययन किया और उनके इंटरफेस पर गतिशीलता में अंतर देखा।

"हमारे काम से पता चला है कि कुछ उद्धरणों के साथ उपचार द्वारा शुरू की गई अस्थिरता से संबंधित है," कोरिया-बेना की प्रयोगशाला में एक शोध वैज्ञानिक और पेपर के पहले लेखक कार्लो पेरिनी ने कहा। "लेकिन अच्छी खबर यह है कि इंटरफ़ेस परत की उचित इंजीनियरिंग के साथ, हम भविष्य में इस तकनीक की स्थिरता में वृद्धि देखेंगे।"

शोधकर्ताओं ने सीखा कि ऑर्गेनिक केशन से उपचारित मेटल हैलाइड पेरोसाइट फिल्मों की सतह थर्मल तनाव के तहत संरचना और संरचना में विकसित होती रहती है।