इससे कम निर्दोष दिखता है: हाइब्रिड पेरोसाइट्स में हाइड्रोजन: शोधकर्ता उस दोष की पहचान करते हैं जो सौर-सेल प्रदर्शन को सीमित करता है

नैनो प्रौद्योगिकीसमय टिकट: 1 मई, 2021 3:18 PM

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मिथाइलमोनियम अणु से हाइड्रोजन को हटाकर बनाई गई हाइड्रोजन रिक्ति (केंद्र के बाईं ओर का काला धब्बा), प्रोटोटाइपिकल हाइब्रिड पेरोव्स्काइट, मेहटिलमोनियम लेड आयोडाइड CH3NH3Pbl3 क्रेडिट झी झांग में वाहक को फँसाती है।

सार:
यूसी सांता बारबरा कॉलेज ऑफ इंजीनियरिंग में सामग्री विभाग के शोधकर्ताओं ने सौर कोशिकाओं की नई पीढ़ी में दक्षता की सीमाओं का एक प्रमुख कारण उजागर किया है।

इससे कम निर्दोष दिखता है: हाइब्रिड पेरोसाइट्स में हाइड्रोजन: शोधकर्ता उस दोष की पहचान करते हैं जो सौर-सेल प्रदर्शन को सीमित करता है

सांता बारबरा, CA | 30 अप्रैल, 2021 को पोस्ट किया गया

हाइब्रिड पेरोव्स्काइट्स के रूप में जाने जाने वाले जाली में विभिन्न संभावित दोषों को पहले ऐसी सीमाओं का संभावित कारण माना जाता था, लेकिन यह माना गया था कि कार्बनिक अणु ("हाइब्रिड" उपनाम के लिए ज़िम्मेदार घटक) बरकरार रहेंगे। अत्याधुनिक संगणनाओं से अब पता चला है कि इन अणुओं में गायब हाइड्रोजन परमाणुओं के कारण बड़े पैमाने पर दक्षता हानि हो सकती है। निष्कर्ष नेचर मटेरियल्स जर्नल के 29 अप्रैल के अंक में "अत्यधिक कुशल हाइब्रिड पेरोव्स्काइट्स को सक्षम करने के लिए हाइड्रोजन रिक्तियों को न्यूनतम करना" शीर्षक वाले एक पेपर में प्रकाशित किए गए हैं।

हाइब्रिड पर्कोवेट्स के उल्लेखनीय फोटोवोल्टिक प्रदर्शन ने उत्साह का एक बड़ा सौदा बनाया है, जिससे सौर-सेल प्रौद्योगिकी को आगे बढ़ाने की उनकी क्षमता को देखते हुए। "हाइब्रिड" एक अकार्बनिक पर्कोव्साइट जाली में कार्बनिक अणुओं के एम्बेडिंग को संदर्भित करता है, जिसमें एक क्रिस्टल संरचना होती है जो पेरोसाइट खनिज (कैल्शियम टाइटेनियम ऑक्साइड) के समान होती है। सामग्री सिलिकॉन की है कि प्रतिद्वंद्वी बिजली रूपांतरण क्षमता प्रदर्शित करता है, लेकिन उत्पादन करने के लिए बहुत सस्ता है। हालांकि, पर्कोवसाइट क्रिस्टलीय जाली में दोष गर्मी के रूप में अवांछित ऊर्जा अपव्यय बनाने के लिए जाना जाता है, जो दक्षता को सीमित करता है।

कई शोध दल ऐसे दोषों का अध्ययन कर रहे हैं, उनमें से यूसीएसबी सामग्री प्रोफेसर क्रिस वान डे वाले का समूह भी शामिल है, जिसने हाल ही में एक ऐसी जगह पर हानिकारक दोष की खोज करके एक सफलता हासिल की है जिसे पहले किसी ने नहीं देखा था: कार्बनिक अणु पर।

परियोजना के प्रमुख शोधकर्ता ज़ी झांग ने बताया, "मिथाइलमोनियम लेड आयोडाइड प्रोटोटाइपिकल हाइब्रिड पेरोव्स्काइट है।" “हमने पाया कि किसी एक बंधन को तोड़ना और मिथाइलमोनियम अणु पर हाइड्रोजन परमाणु को हटाना आश्चर्यजनक रूप से आसान है। परिणामी 'हाइड्रोजन रिक्ति' तब विद्युत आवेशों के लिए एक सिंक के रूप में कार्य करती है जो सौर सेल पर पड़ने वाले प्रकाश द्वारा उत्पन्न होने के बाद क्रिस्टल के माध्यम से चलते हैं। जब ये चार्ज रिक्ति में फंस जाते हैं, तो वे उपयोगी कार्य नहीं कर पाते हैं, जैसे बैटरी चार्ज करना या मोटर को पावर देना, इसलिए दक्षता में कमी आती है।'

अनुसंधान वान डी वाल्ले समूह द्वारा विकसित उन्नत कम्प्यूटेशनल तकनीकों द्वारा सक्षम किया गया था। इस तरह की अत्याधुनिक गणना सामग्री में इलेक्ट्रॉनों के क्वांटम-यांत्रिक व्यवहार के बारे में विस्तृत जानकारी प्रदान करती है। वान डी वाल्ले के समूह में एक वरिष्ठ स्नातक छात्र मार्क टुरियांस्की, जो अनुसंधान में शामिल थे, ने इस जानकारी को प्रभारी वाहक जाल की दरों के लिए मात्रात्मक मूल्यों में बदलने के लिए परिष्कृत दृष्टिकोण बनाने में मदद की।

ट्यूरियनस्की ने कहा, "हमारे समूह ने यह निर्धारित करने के लिए शक्तिशाली तरीके बनाए हैं कि कौन सी प्रक्रियाएं दक्षता हानि का कारण बनती हैं," और यह देखना संतुष्टिदायक है कि यह दृष्टिकोण सामग्रियों के एक महत्वपूर्ण वर्ग के लिए इतनी मूल्यवान अंतर्दृष्टि प्रदान करता है।

वान डी वाल्ले ने बताया, "गणना एक सैद्धांतिक माइक्रोस्कोप के रूप में कार्य करती है जो हमें प्रयोगात्मक रूप से प्राप्त किए जा सकने वाले रिज़ॉल्यूशन से कहीं अधिक उच्च रिज़ॉल्यूशन वाली सामग्री को देखने की अनुमति देती है।" “वे तर्कसंगत सामग्री डिजाइन के लिए एक आधार भी बनाते हैं। परीक्षण और त्रुटि के माध्यम से, यह पाया गया है कि पेरोव्स्काइट जिसमें मिथाइलमोनियम अणु को फॉर्ममिडिनियम द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, बेहतर प्रदर्शन प्रदर्शित करता है। अब हम इस सुधार का श्रेय इस तथ्य को दे सकते हैं कि फॉर्ममिडिनियम यौगिक में हाइड्रोजन दोष कम आसानी से बनते हैं।

उन्होंने कहा, "यह अंतर्दृष्टि अनुभवजन्य रूप से स्थापित ज्ञान के लिए एक स्पष्ट तर्क प्रदान करती है कि उच्च दक्षता वाले सौर कोशिकाओं को साकार करने के लिए फॉर्मिमिडिनियम आवश्यक है।" "इन मूलभूत अंतर्दृष्टि के आधार पर, वैज्ञानिक जो सामग्रियों का निर्माण करते हैं, वे हानिकारक दोषों को दबाने के लिए रणनीतियों का विकास कर सकते हैं, जो सौर कोशिकाओं में अतिरिक्त दक्षता वृद्धि को बढ़ाते हैं।"

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इस शोध के लिए वित्त पोषण ऊर्जा विभाग के विज्ञान कार्यालय और बुनियादी ऊर्जा विज्ञान कार्यालय द्वारा प्रदान किया गया था। गणना राष्ट्रीय ऊर्जा अनुसंधान वैज्ञानिक कंप्यूटिंग केंद्र में की गई।

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संपर्क:
जेम्स बधम

@ucsantabarbara

कॉपीराइट © कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, सांता बारबरा

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