অতি পাতলা সৌর কোষ?

অতি পাতলা সৌর কোষ?

অতি-পাতলা সৌর কোষ উন্নত হয়েছে: 2D পেরোভস্কাইট যৌগগুলিতে ভারী পণ্যগুলিকে চ্যালেঞ্জ করার জন্য উপযুক্ত উপকরণ রয়েছে।

রাইস ইউনিভার্সিটির প্রকৌশলীরা সেমিকন্ডাক্টর পেরোভস্কাইট দিয়ে তৈরি পারমাণবিক-স্কেল পাতলা সৌর কোষ ডিজাইন করার ক্ষেত্রে নতুন মানদণ্ড অর্জন করেছে, পরিবেশকে প্রতিরোধ করার ক্ষমতা বজায় রেখে তাদের দক্ষতা বৃদ্ধি করেছে।

রাইস ইউনিভার্সিটির জর্জ আর ব্রাউন স্কুল অফ ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের আদিত্য মোহিত পরীক্ষাগারে দেখা গেছে যে সূর্যের আলো একটি দ্বি-মাত্রিক পেরোভস্কাইটে পারমাণবিক স্তরগুলির মধ্যে স্থানকে সঙ্কুচিত করে, যা উপাদানটির ফটোভোলটাইক কার্যক্ষমতা 18% বৃদ্ধি করতে যথেষ্ট, যা ঘন ঘন অগ্রগতি। . ক্ষেত্রে একটি চমত্কার উল্লম্ফন অর্জন করা হয়েছে এবং শতাংশে পরিমাপ করা হয়েছে।

"10 বছরে, পেরোভস্কাইটের কার্যকারিতা প্রায় 3% থেকে 25% এর বেশি হয়েছে," মোহিতে বলেছিলেন। "অন্যান্য সেমিকন্ডাক্টরগুলি অর্জন করতে প্রায় 60 বছর সময় লাগবে। সেজন্য আমরা এত উত্তেজিত।"

Perovskite একটি ঘন জালি সঙ্গে একটি যৌগ এবং একটি দক্ষ আলো সংগ্রাহক. তাদের সম্ভাবনা বহু বছর ধরে পরিচিত, কিন্তু তাদের একটি সমস্যা রয়েছে: তারা সূর্যালোককে শক্তিতে রূপান্তর করতে পারে, কিন্তু সূর্যালোক এবং আর্দ্রতা তাদের ক্ষয় করতে পারে।

"সৌর কোষ প্রযুক্তি 20 থেকে 25 বছর স্থায়ী হবে বলে আশা করা হচ্ছে," মোহিত বলেছেন, রাসায়নিক এবং বায়োমোলিকুলার ইঞ্জিনিয়ারিং এবং পদার্থ বিজ্ঞান এবং ন্যানো ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের সহযোগী অধ্যাপক। "আমরা বহু বছর ধরে কাজ করছি এবং বৃহৎ পেরোভস্কাইটগুলি ব্যবহার করা চালিয়ে যাচ্ছি যেগুলি খুব কার্যকর কিন্তু খুব স্থিতিশীল নয়৷ বিপরীতে, দ্বি-মাত্রিক পেরোভস্কাইটের চমৎকার স্থায়িত্ব আছে কিন্তু ছাদে রাখার মতো যথেষ্ট দক্ষ নয়৷

"সবচেয়ে বড় সমস্যা হল স্থিতিশীলতার সাথে আপস না করে তাদের দক্ষ করে তোলা।"
পারডু ইউনিভার্সিটি এবং নর্থওয়েস্টার্ন ইউনিভার্সিটি, ইউএস ডিপার্টমেন্ট অফ এনার্জি ন্যাশনাল ল্যাবরেটরির লস আলামোস, আর্গোনে এবং ব্রুকহেভেন এবং ফ্রান্সের রেনেসের ইন্সটিটিউট অফ ইলেকট্রনিক্স অ্যান্ড ডিজিটাল টেকনোলজি (আইএনএসএ) থেকে রাইস ইঞ্জিনিয়ার এবং তাদের সহযোগীরা এবং তাদের সহযোগীরা খুঁজে পেয়েছেন যে কিছু দ্বি-মাত্রিক পেরোভস্কাইট, সূর্যালোক কার্যকরভাবে পরমাণুর মধ্যবর্তী স্থানকে সঙ্কুচিত করে, তাদের বৈদ্যুতিক প্রবাহ বহন করার ক্ষমতা বৃদ্ধি করে।

"আমরা দেখতে পেয়েছি যে আপনি যখন উপাদানটি জ্বালান, আপনি এটিকে একটি স্পঞ্জের মতো চেপে ধরেন এবং সেই দিকে চার্জ স্থানান্তর বাড়ানোর জন্য স্তরগুলিকে একত্রিত করেন," মোচ্ট বলেছেন। গবেষকরা দেখেছেন যে উপরে আয়োডাইড এবং নীচে সীসার মধ্যে জৈব ক্যাশনের একটি স্তর স্থাপন করা স্তরগুলির মধ্যে মিথস্ক্রিয়াকে উন্নত করতে পারে।

"এই কাজটি উত্তেজিত রাজ্য এবং অর্ধকণাগুলির অধ্যয়নের জন্য অত্যন্ত তাত্পর্যপূর্ণ, যেখানে ধনাত্মক চার্জের একটি স্তর অন্যটির উপর থাকে এবং ঋণাত্মক চার্জ অন্যটির উপর থাকে এবং তারা একে অপরের সাথে কথা বলতে পারে," মোচ্ট বলেছেন। "এগুলিকে এক্সিটন বলা হয় এবং তাদের অনন্য বৈশিষ্ট্য থাকতে পারে।

"এই প্রভাবটি আমাদেরকে এই মৌলিক আলোক-বস্তুর মিথস্ক্রিয়াগুলি বুঝতে এবং সামঞ্জস্য করতে দেয়, যেমন স্ট্যাক করা 2D ট্রানজিশন মেটাল ডিচালকোজেনাইডস তৈরি না করেই," তিনি বলেছিলেন।

ফ্রান্সের সহকর্মীরা একটি কম্পিউটার মডেল নিয়ে পরীক্ষাটি নিশ্চিত করেছেন। জ্যাকি ইভেন, INSA-এর পদার্থবিজ্ঞানের অধ্যাপক, বলেছেন: "এই গবেষণাটি সবচেয়ে উন্নত অ্যাবি ইনটিও সিমুলেশন প্রযুক্তি, বড় আকারের জাতীয় সিঙ্ক্রোট্রন সুবিধাগুলি ব্যবহার করে উপাদান গবেষণা, এবং সৌর কোষগুলির কার্যকারিতাগুলির মধ্যে-সিটু বৈশিষ্ট্যকে একত্রিত করার একটি অনন্য সুযোগ প্রদান করে৷ " "এই কাগজটি প্রথমবারের মতো বর্ণনা করে যে কীভাবে সিপেজ ঘটনাটি হঠাৎ করে পেরোভস্কাইট উপাদানে চার্জিং কারেন্ট প্রকাশ করে।"

উভয় ফলাফলই দেখায় যে সৌর তীব্রতায় সৌর সিমুলেটরের সংস্পর্শে আসার 10 মিনিটের পরে, দ্বি-মাত্রিক পেরোভস্কাইট তার দৈর্ঘ্য বরাবর 0.4% এবং উপরে থেকে নীচে প্রায় 1% সঙ্কুচিত হয়। তারা প্রমাণ করেছে যে প্রভাবটি সূর্যের পাঁচটি তীব্রতার অধীনে 1 মিনিটের মধ্যে দেখা যেতে পারে।

"এটি খুব বেশি শোনাচ্ছে না, তবে জালির ব্যবধানের 1% সঙ্কুচিত হলে ইলেক্ট্রন প্রবাহে যথেষ্ট বৃদ্ধি ঘটবে," বলেছেন লি ওয়েনবিন, রাইসের একজন স্নাতক ছাত্র এবং সহ-প্রধান লেখক। "আমাদের গবেষণা দেখায় যে উপাদানটির বৈদ্যুতিন পরিবাহিতা তিনগুণ বেড়েছে।"

একই সময়ে, স্ফটিক জালির প্রকৃতি 80 ডিগ্রি সেলসিয়াস (176 ডিগ্রি ফারেনহাইট) উত্তপ্ত হওয়ার পরেও উপাদানটিকে অবক্ষয়ের প্রতিরোধী করে তোলে। গবেষকরা আরও দেখেছেন যে লাইট বন্ধ হয়ে গেলে জালিটি দ্রুত তার স্ট্যান্ডার্ড কনফিগারেশনে ফিরে আসে।

স্নাতক ছাত্র এবং সহ-প্রধান লেখক সিরাজ সিদিক বলেন, "2D পেরোভস্কাইটের প্রধান আকর্ষণগুলির মধ্যে একটি হল যে তাদের সাধারণত জৈব পরমাণু থাকে যা আর্দ্রতা বাধা হিসাবে কাজ করে, তাপগতভাবে স্থিতিশীল এবং আয়ন স্থানান্তর সমস্যার সমাধান করে।" "3D পেরোভস্কাইটগুলি তাপীয় এবং হালকা অস্থিরতার প্রবণ, তাই গবেষকরা বিশাল পেরোভস্কাইটের উপরে 2D স্তর স্থাপন করতে শুরু করেন যে তারা উভয়েরই সবচেয়ে বেশি করতে পারে কিনা।

"আমরা মনে করি, আসুন শুধু 2D তে স্যুইচ করি এবং এটিকে দক্ষ করে তুলি," তিনি বলেছিলেন।

উপাদানটির সংকোচন পর্যবেক্ষণ করতে, দলটি ইউএস ডিপার্টমেন্ট অফ এনার্জি (DOE) অফিস অফ সায়েন্সের দুটি ব্যবহারকারী সুবিধা ব্যবহার করেছে: মার্কিন শক্তি বিভাগের ব্রুকহেভেন ন্যাশনাল ল্যাবরেটরির ন্যাশনাল সিনক্রোট্রন লাইট সোর্স II এবং অ্যাডভান্সড স্টেট ল্যাবরেটরি মার্কিন শক্তি বিভাগের Argonne ন্যাশনাল ল্যাবরেটরি. ফোটন সোর্স (এপিএস) ল্যাবরেটরি।

Argonne পদার্থবিদ জো স্ট্রজালকা, কাগজের সহ-লেখক, রিয়েল-টাইমে উপকরণগুলিতে ছোট কাঠামোগত পরিবর্তনগুলি ক্যাপচার করতে APS-এর অতি-উজ্জ্বল এক্স-রে ব্যবহার করেন। এপিএস বিমলাইনের 8-আইডি-ই-এর সংবেদনশীল যন্ত্রটি "অপারেশনাল" অধ্যয়নের অনুমতি দেয়, যার মানে অধ্যয়ন করা হয় যখন সরঞ্জামগুলি স্বাভাবিক অপারেটিং অবস্থার অধীনে তাপমাত্রা বা পরিবেশে নিয়ন্ত্রিত পরিবর্তনের মধ্য দিয়ে যায়। এই ক্ষেত্রে, স্ট্রজালকা এবং তার সহকর্মীরা তাপমাত্রা স্থির রেখে সৌর কোষের আলোক সংবেদনশীল উপাদানকে সিমুলেটেড সূর্যালোকে উন্মুক্ত করেছিলেন এবং পারমাণবিক স্তরে ক্ষুদ্র সংকোচন পর্যবেক্ষণ করেছিলেন।

নিয়ন্ত্রণ পরীক্ষা হিসাবে, স্ট্রজালকা এবং তার সহ-লেখকরা ঘরটিকে অন্ধকার রেখেছিলেন, তাপমাত্রা বাড়িয়েছিলেন এবং বিপরীত প্রভাব লক্ষ্য করেছিলেন - উপাদানের প্রসারণ। এটি পরামর্শ দেয় যে আলো নিজেই, এটি যে তাপ তৈরি করে তা নয়, রূপান্তর ঘটায়।

"এই ধরনের পরিবর্তনের জন্য, অপারেশনাল গবেষণা পরিচালনা করা গুরুত্বপূর্ণ," Strzalka বলেছেন। "যেমন আপনার মেকানিক আপনার ইঞ্জিনে কী ঘটছে তা দেখার জন্য চালাতে চায়, আমরা মূলত এই রূপান্তরের একটি ভিডিও নিতে চাই, একটি একক স্ন্যাপশট নয়। APS এর মতো সুবিধাগুলি আমাদের এটি করতে দেয়।"

স্ট্রজালকা উল্লেখ করেছেন যে APS এর এক্স-রেগুলির উজ্জ্বলতা 500 গুণ পর্যন্ত বৃদ্ধি করার জন্য একটি উল্লেখযোগ্য আপগ্রেডের মধ্য দিয়ে যাচ্ছে। তিনি বলেছিলেন যে এটি সম্পন্ন হলে, উজ্জ্বল রশ্মি এবং দ্রুততর, তীক্ষ্ণ ডিটেক্টরগুলি বৃহত্তর সংবেদনশীলতার সাথে এই পরিবর্তনগুলি সনাক্ত করতে বিজ্ঞানীদের ক্ষমতা বাড়িয়ে তুলবে।

এটি রাইস টিমকে আরও ভাল পারফরম্যান্সের জন্য উপাদান সামঞ্জস্য করতে সহায়তা করতে পারে। "আমরা 20% এর বেশি দক্ষতা অর্জনের জন্য ক্যাটেশন এবং ইন্টারফেস ডিজাইন করছি," সিধিক বলেন। "এটি পেরোভস্কাইট ক্ষেত্রের সবকিছু পরিবর্তন করবে কারণ তখন লোকেরা 2D পেরোভস্কাইট/সিলিকন এবং 2D/2D পেরোভস্কাইট সিরিজের জন্য 3D পেরোভস্কাইট ব্যবহার করা শুরু করবে, যা কার্যকারিতা 30% এর কাছাকাছি আনতে পারে। এটি এর বাণিজ্যিকীকরণকে আকর্ষণীয় করে তুলবে।"