അൾട്രാ-നേർത്ത സോളാർ സെല്ലുകൾ?

അൾട്രാ-നേർത്ത സോളാർ സെല്ലുകൾ?

അൾട്രാ-നേർത്ത സോളാർ സെല്ലുകൾ മെച്ചപ്പെടുത്തി: 2D പെറോവ്‌സ്‌കൈറ്റ് സംയുക്തങ്ങൾക്ക് വലിയ ഉൽപന്നങ്ങളെ വെല്ലുവിളിക്കാൻ അനുയോജ്യമായ വസ്തുക്കളുണ്ട്.

റൈസ് യൂണിവേഴ്‌സിറ്റിയിലെ എഞ്ചിനീയർമാർ അർദ്ധചാലക പെറോവ്‌സ്‌കൈറ്റുകൾ ഉപയോഗിച്ച് നിർമ്മിച്ച ആറ്റോമിക് സ്‌കെയിൽ നേർത്ത സോളാർ സെല്ലുകൾ രൂപകൽപ്പന ചെയ്യുന്നതിൽ പുതിയ മാനദണ്ഡങ്ങൾ കൈവരിച്ചു, പരിസ്ഥിതിയെ ചെറുക്കാനുള്ള കഴിവ് നിലനിർത്തിക്കൊണ്ട് അവയുടെ കാര്യക്ഷമത വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു.

റൈസ് യൂണിവേഴ്‌സിറ്റിയിലെ ജോർജ്ജ് ആർ ബ്രൗൺ സ്‌കൂൾ ഓഫ് എഞ്ചിനീയറിംഗിലെ ആദിത്യ മൊഹിതേ ലബോറട്ടറി കണ്ടെത്തി, സൂര്യപ്രകാശം ദ്വിമാന പെറോവ്‌സ്‌കൈറ്റിലെ ആറ്റോമിക് പാളികൾക്കിടയിലുള്ള ഇടം ചുരുക്കുന്നു, ഇത് മെറ്റീരിയലിന്റെ ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്‌ക്ക് കാര്യക്ഷമത 18% വരെ വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ പര്യാപ്തമാണ്, ഇത് പതിവായി പുരോഗമിക്കുന്നു. . ഫീൽഡിൽ അതിശയകരമായ ഒരു കുതിച്ചുചാട്ടം കൈവരിക്കുകയും ശതമാനത്തിൽ അളക്കുകയും ചെയ്തു.

“10 വർഷത്തിനുള്ളിൽ, പെറോവ്‌സ്‌കൈറ്റിന്റെ കാര്യക്ഷമത ഏകദേശം 3% ൽ നിന്ന് 25% ആയി ഉയർന്നു,” മൊഹിതെ പറഞ്ഞു. "മറ്റ് അർദ്ധചാലകങ്ങൾ നേടിയെടുക്കാൻ ഏകദേശം 60 വർഷമെടുക്കും. അതിനാലാണ് ഞങ്ങൾ വളരെ ആവേശഭരിതരായത്."

പെറോവ്‌സ്‌കൈറ്റ് ഒരു ക്യൂബിക് ലാറ്റിസ് ഉള്ള ഒരു സംയുക്തമാണ്, കൂടാതെ ഇത് ഒരു കാര്യക്ഷമമായ ലൈറ്റ് കളക്ടറുമാണ്. അവരുടെ കഴിവ് വർഷങ്ങളായി അറിയപ്പെട്ടിരുന്നു, പക്ഷേ അവർക്ക് ഒരു പ്രശ്നമുണ്ട്: അവർക്ക് സൂര്യപ്രകാശം ഊർജ്ജമാക്കി മാറ്റാൻ കഴിയും, എന്നാൽ സൂര്യപ്രകാശവും ഈർപ്പവും അവയെ നശിപ്പിക്കും.

സോളാർ സെൽ സാങ്കേതികവിദ്യ 20 മുതൽ 25 വർഷം വരെ നിലനിൽക്കുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു, കെമിക്കൽ ആൻഡ് ബയോമോളിക്യുലർ എൻജിനീയറിങ് ആൻഡ് മെറ്റീരിയൽ സയൻസ് ആൻഡ് നാനോ എൻജിനീയറിങ്ങിന്റെ അസോസിയേറ്റ് പ്രൊഫസർ മൊഹിതേ പറഞ്ഞു. "ഞങ്ങൾ വർഷങ്ങളായി പ്രവർത്തിക്കുന്നു, വളരെ ഫലപ്രദവും എന്നാൽ സ്ഥിരതയില്ലാത്തതുമായ വലിയ പെറോവ്‌സ്‌കൈറ്റുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നത് തുടരുന്നു. വിപരീതമായി, ദ്വിമാന പെറോവ്‌സ്‌കൈറ്റുകൾക്ക് മികച്ച സ്ഥിരതയുണ്ടെങ്കിലും മേൽക്കൂരയിൽ സ്ഥാപിക്കാൻ വേണ്ടത്ര കാര്യക്ഷമമല്ല.

"സ്ഥിരതയിൽ വിട്ടുവീഴ്ച ചെയ്യാതെ അവയെ കാര്യക്ഷമമാക്കുക എന്നതാണ് ഏറ്റവും വലിയ പ്രശ്നം."
പർഡ്യൂ യൂണിവേഴ്സിറ്റിയിലെയും നോർത്ത് വെസ്റ്റേൺ യൂണിവേഴ്സിറ്റിയിലെയും റൈസ് എഞ്ചിനീയർമാരും അവരുടെ സഹകാരികളും, ലോസ് അലാമോസ്, ആർഗോൺ, യുഎസ് ഡിപ്പാർട്ട്മെന്റ് ഓഫ് എനർജി നാഷണൽ ലബോറട്ടറിയിലെ ബ്രൂക്ക്ഹാവൻ, ഫ്രാൻസിലെ റെന്നസിലെ ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് ഇലക്ട്രോണിക്സ് ആൻഡ് ഡിജിറ്റൽ ടെക്നോളജി (INSA) എന്നിവരും അവരുടെ സഹകാരികളും കണ്ടെത്തി. ചില ദ്വിമാന പെറോവ്‌സ്‌കൈറ്റുകൾ, സൂര്യപ്രകാശം ആറ്റങ്ങൾക്കിടയിലുള്ള ഇടം ഫലപ്രദമായി ചുരുക്കുന്നു, വൈദ്യുത പ്രവാഹം വഹിക്കാനുള്ള അവയുടെ കഴിവ് വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു.

"നിങ്ങൾ മെറ്റീരിയൽ കത്തിക്കുമ്പോൾ, നിങ്ങൾ അത് ഒരു സ്പോഞ്ച് പോലെ ചൂഷണം ചെയ്യുകയും ആ ദിശയിലേക്കുള്ള ചാർജ് ട്രാൻസ്ഫർ വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് പാളികൾ ഒരുമിച്ച് ശേഖരിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു," മോച്ച് പറഞ്ഞു. മുകളിലെ അയഡൈഡിനും താഴെയുള്ള ലെഡിനും ഇടയിൽ ഓർഗാനിക് കാറ്റേഷനുകളുടെ ഒരു പാളി സ്ഥാപിക്കുന്നത് പാളികൾ തമ്മിലുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനം വർദ്ധിപ്പിക്കുമെന്ന് ഗവേഷകർ കണ്ടെത്തി.

"ആവേശകരമായ അവസ്ഥകളുടെയും ക്വാസിപാർട്ടിക്കിളുകളുടെയും പഠനത്തിന് ഈ കൃതി വളരെ പ്രാധാന്യമർഹിക്കുന്നു, അവിടെ പോസിറ്റീവ് ചാർജിന്റെ ഒരു പാളി മറ്റൊന്നിലും നെഗറ്റീവ് ചാർജ് മറ്റൊന്നിലുമാണ്, അവർക്ക് പരസ്പരം സംസാരിക്കാൻ കഴിയും," മോച്ച് പറഞ്ഞു. "ഇവയെ എക്സിറ്റോണുകൾ എന്ന് വിളിക്കുന്നു, അവയ്ക്ക് അദ്വിതീയ ഗുണങ്ങൾ ഉണ്ടായിരിക്കാം.

“2D ട്രാൻസിഷൻ മെറ്റൽ ഡൈചാൽകോജെനൈഡുകൾ പോലുള്ള സങ്കീർണ്ണമായ ഹെറ്ററോസ്ട്രക്ചറുകൾ സൃഷ്ടിക്കാതെ തന്നെ ഈ അടിസ്ഥാന പ്രകാശ-ദ്രവ്യ ഇടപെടലുകൾ മനസ്സിലാക്കാനും ക്രമീകരിക്കാനും ഈ പ്രഭാവം ഞങ്ങളെ അനുവദിക്കുന്നു,” അദ്ദേഹം പറഞ്ഞു.

ഫ്രാൻസിലെ സഹപ്രവർത്തകർ കമ്പ്യൂട്ടർ മോഡലിന്റെ പരീക്ഷണം സ്ഥിരീകരിച്ചു. INSA യിലെ ഫിസിക്സ് പ്രൊഫസർ ജാക്കി ഈവൻ പറഞ്ഞു: "ഏറ്റവും നൂതനമായ ab initio സിമുലേഷൻ സാങ്കേതികവിദ്യ, വലിയ തോതിലുള്ള ദേശീയ സിൻക്രോട്രോൺ സൗകര്യങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ചുള്ള മെറ്റീരിയൽ ഗവേഷണം, പ്രവർത്തനത്തിലുള്ള സോളാർ സെല്ലുകളുടെ ഇൻ-സിറ്റു സ്വഭാവം എന്നിവ സംയോജിപ്പിക്കാൻ ഈ ഗവേഷണം ഒരു സവിശേഷ അവസരം നൽകുന്നു. ." "സീപേജ് പ്രതിഭാസം എങ്ങനെയാണ് പെറോവ്‌സ്‌കൈറ്റ് മെറ്റീരിയലിൽ ചാർജിംഗ് കറന്റ് പെട്ടെന്ന് പുറത്തുവിടുന്നതെന്ന് ഈ പേപ്പർ ആദ്യമായി വിവരിക്കുന്നു."

സോളാർ തീവ്രതയിൽ സോളാർ സിമുലേറ്ററുമായി 10 മിനിറ്റ് എക്സ്പോഷർ ചെയ്‌തതിന് ശേഷം, ദ്വിമാന പെറോവ്‌സ്‌കൈറ്റ് അതിന്റെ നീളത്തിൽ 0.4% ചുരുങ്ങുകയും മുകളിൽ നിന്ന് താഴേക്ക് 1% കുറയുകയും ചെയ്യുന്നു എന്നാണ് രണ്ട് ഫലങ്ങളും കാണിക്കുന്നത്. അഞ്ച് സൂര്യന്റെ തീവ്രതയിൽ 1 മിനിറ്റിനുള്ളിൽ ഫലം കാണാൻ കഴിയുമെന്ന് അവർ തെളിയിച്ചു.

"ഇത് അത്രയൊന്നും തോന്നുന്നില്ല, പക്ഷേ ലാറ്റിസ് സ്പേസിംഗിന്റെ 1% ചുരുങ്ങുന്നത് ഇലക്ട്രോൺ പ്രവാഹത്തിൽ ഗണ്യമായ വർദ്ധനവിന് കാരണമാകും," റൈസിലെ ബിരുദ വിദ്യാർത്ഥിയും സഹ-പ്രമുഖ എഴുത്തുകാരനുമായ ലി വെൻബിൻ പറഞ്ഞു. "ഞങ്ങളുടെ ഗവേഷണം കാണിക്കുന്നത് മെറ്റീരിയലിന്റെ ഇലക്ട്രോണിക് ചാലകം മൂന്നിരട്ടി വർധിച്ചിരിക്കുന്നു."

അതേ സമയം, ക്രിസ്റ്റൽ ലാറ്റിസിന്റെ സ്വഭാവം, 80 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസ് (176 ഡിഗ്രി ഫാരൻഹീറ്റ്) വരെ ചൂടാക്കിയാൽപ്പോലും, ദ്രവീകരണത്തെ പ്രതിരോധിക്കും. ലൈറ്റുകൾ ഓഫാക്കിയാൽ ലാറ്റിസ് അതിന്റെ സാധാരണ കോൺഫിഗറേഷനിലേക്ക് വേഗത്തിൽ വിശ്രമിക്കുന്നതായും ഗവേഷകർ കണ്ടെത്തി.

"2D പെറോവ്‌സ്‌കൈറ്റുകളുടെ പ്രധാന ആകർഷണങ്ങളിലൊന്ന് അവയ്ക്ക് സാധാരണയായി ഈർപ്പം തടസ്സങ്ങളായി പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഓർഗാനിക് ആറ്റങ്ങളുണ്ട്, താപ സ്ഥിരതയുള്ളതും അയോൺ മൈഗ്രേഷൻ പ്രശ്‌നങ്ങൾ പരിഹരിക്കുന്നതുമാണ്," ബിരുദ വിദ്യാർത്ഥിയും സഹ-പ്രമുഖ എഴുത്തുകാരനുമായ സിറാജ് സിദ്ധിക് പറഞ്ഞു. "3D പെറോവ്‌സ്‌കൈറ്റുകൾ താപ, നേരിയ അസ്ഥിരതയ്ക്ക് വിധേയമാണ്, അതിനാൽ ഗവേഷകർ 2D പാളികൾ വമ്പിച്ച പെറോവ്‌സ്‌കൈറ്റുകൾക്ക് മുകളിൽ സ്ഥാപിക്കാൻ തുടങ്ങി, അവ രണ്ടും പരമാവധി പ്രയോജനപ്പെടുത്താനാകുമോ എന്ന്.

“ഞങ്ങൾ വിചാരിക്കുന്നു, നമുക്ക് 2D യിലേക്ക് മാറി അത് കാര്യക്ഷമമാക്കാം,” അദ്ദേഹം പറഞ്ഞു.

മെറ്റീരിയലിന്റെ സങ്കോചം നിരീക്ഷിക്കാൻ, യുഎസ് ഡിപ്പാർട്ട്‌മെന്റ് ഓഫ് എനർജി (DOE) ഓഫീസ് ഓഫ് സയൻസിന്റെ രണ്ട് ഉപയോക്തൃ സൗകര്യങ്ങൾ ടീം ഉപയോഗിച്ചു: യുഎസ് എനർജി ഡിപ്പാർട്ട്‌മെന്റ് ഓഫ് ബ്രൂക്ക്‌ഹേവൻ നാഷണൽ ലബോറട്ടറിയുടെ നാഷണൽ സിൻക്രോട്രോൺ ലൈറ്റ് സോഴ്‌സ് II, അഡ്വാൻസ്ഡ് സ്റ്റേറ്റ് ലബോറട്ടറി ഓഫ് യുഎസ് ഡിപ്പാർട്ട്മെന്റ് ഓഫ് എനർജിയുടെ ആർഗോൺ നാഷണൽ ലബോറട്ടറി. ഫോട്ടോൺ സോഴ്സ് (APS) ലബോറട്ടറി.

പേപ്പറിന്റെ സഹ-രചയിതാവായ ആർഗോൺ ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞൻ ജോ സ്ട്രാൽക്ക, തത്സമയം മെറ്റീരിയലുകളിലെ ചെറിയ ഘടനാപരമായ മാറ്റങ്ങൾ പകർത്താൻ APS-ന്റെ അൾട്രാ-ബ്രൈറ്റ് എക്സ്-റേകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു. എപിഎസ് ബീംലൈനിലെ 8-ഐഡി-ഇയിലെ സെൻസിറ്റീവ് ഉപകരണം "പ്രവർത്തനപരമായ" പഠനങ്ങൾ അനുവദിക്കുന്നു, അതായത് സാധാരണ ഓപ്പറേറ്റിംഗ് സാഹചര്യങ്ങളിൽ ഉപകരണങ്ങൾ താപനിലയിലോ പരിസ്ഥിതിയിലോ നിയന്ത്രിത മാറ്റങ്ങൾക്ക് വിധേയമാകുമ്പോൾ നടത്തുന്ന പഠനങ്ങൾ എന്നാണ്. ഈ സാഹചര്യത്തിൽ, സ്ട്രെസൽക്കയും സഹപ്രവർത്തകരും സോളാർ സെല്ലിലെ ഫോട്ടോസെൻസിറ്റീവ് പദാർത്ഥങ്ങളെ സൂര്യപ്രകാശം അനുകരിക്കാൻ തുറന്നുകാട്ടുകയും താപനില സ്ഥിരമായി നിലനിർത്തുകയും ആറ്റോമിക തലത്തിൽ ചെറിയ സങ്കോചങ്ങൾ നിരീക്ഷിക്കുകയും ചെയ്തു.

ഒരു നിയന്ത്രണ പരീക്ഷണം എന്ന നിലയിൽ, Strzalka ഉം അദ്ദേഹത്തിന്റെ സഹ-രചയിതാക്കളും മുറി ഇരുട്ടാക്കി, താപനില വർദ്ധിപ്പിച്ചു, വിപരീത ഫലത്തെ നിരീക്ഷിച്ചു - മെറ്റീരിയൽ വികാസം. പ്രകാശം തന്നെ, അത് സൃഷ്ടിക്കുന്ന താപമല്ല പരിവർത്തനത്തിന് കാരണമായതെന്ന് ഇത് സൂചിപ്പിക്കുന്നു.

"അത്തരം മാറ്റങ്ങൾക്കായി, പ്രവർത്തന ഗവേഷണം നടത്തേണ്ടത് പ്രധാനമാണ്," സ്ട്രസൽക പറഞ്ഞു. "നിങ്ങളുടെ മെക്കാനിക്ക് നിങ്ങളുടെ എഞ്ചിൻ പ്രവർത്തിപ്പിക്കാൻ ആഗ്രഹിക്കുന്നതുപോലെ, അതിൽ എന്താണ് സംഭവിക്കുന്നതെന്ന് കാണാൻ, ഞങ്ങൾ അടിസ്ഥാനപരമായി ഈ പരിവർത്തനത്തിന്റെ ഒരു വീഡിയോ എടുക്കാൻ ആഗ്രഹിക്കുന്നു, ഒരു സ്‌നാപ്പ്ഷോട്ട് പോലുമില്ല. APS പോലുള്ള സൗകര്യങ്ങൾ ഇത് ചെയ്യാൻ ഞങ്ങളെ അനുവദിക്കുന്നു."

എപിഎസ് അതിന്റെ എക്സ്-റേകളുടെ തെളിച്ചം 500 മടങ്ങ് വരെ വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് കാര്യമായ നവീകരണത്തിന് വിധേയമായിക്കൊണ്ടിരിക്കുകയാണെന്ന് Strzalka ചൂണ്ടിക്കാട്ടി. ഇത് പൂർത്തിയാകുമ്പോൾ, തിളക്കമുള്ള ബീമുകളും വേഗതയേറിയതും മൂർച്ചയുള്ളതുമായ ഡിറ്റക്ടറുകൾ ഈ മാറ്റങ്ങൾ കൂടുതൽ സംവേദനക്ഷമതയോടെ കണ്ടെത്താനുള്ള ശാസ്ത്രജ്ഞരുടെ കഴിവ് വർദ്ധിപ്പിക്കുമെന്ന് അദ്ദേഹം പറഞ്ഞു.

മികച്ച പ്രകടനത്തിനായി മെറ്റീരിയൽ ക്രമീകരിക്കാൻ ഇത് റൈസ് ടീമിനെ സഹായിക്കും. 20 ശതമാനത്തിലധികം കാര്യക്ഷമത കൈവരിക്കുന്നതിനായി ഞങ്ങൾ കാറ്റേഷനുകളും ഇന്റർഫേസുകളും രൂപകൽപ്പന ചെയ്യുന്നു," സിദ്ധിക് പറഞ്ഞു. "ഇത് പെറോവ്‌സ്‌കൈറ്റ് ഫീൽഡിലെ എല്ലാം മാറ്റും, കാരണം ആളുകൾ 2D പെറോവ്‌സ്‌കൈറ്റ്/സിലിക്കൺ, 2D/2D പെറോവ്‌സ്‌കൈറ്റ് സീരീസ് എന്നിവയ്ക്കായി 3D പെറോവ്‌സ്‌കൈറ്റ് ഉപയോഗിക്കാൻ തുടങ്ങും, ഇത് കാര്യക്ഷമത 30% വരെ എത്തിക്കും. ഇത് അതിന്റെ വാണിജ്യവൽക്കരണം ആകർഷകമാക്കും."