क्लोरीन अगली पीढ़ी के सौर कोशिकाओं को कैसे स्थिर करता है

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क्लोरीन अगली पीढ़ी के सौर कोशिकाओं को कैसे स्थिर करता है

ए एफ। सौर सेल की अन्य कार्यात्मक परतों के बीच, पेरोव्स्किट परत केंद्र में सैंडविच होती है। क्रेडिट: ओकिनावा इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी ग्रेजुएट यूनिवर्सिटी

जापान में ओकिनावा इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी ग्रेजुएट यूनिवर्सिटी (ओआईएसटी) में एनर्जी मैटेरियल्स एंड सर्फेस साइंस यूनिट में प्रोफेसर याबिंग किन के नेतृत्व में शोधकर्ताओं की एक टीम ने प्रकाश-अवशोषित परत की सतह पर परमाणुओं को एक नए तरीके से चित्रित किया है। सौर कोशिकाओं की अगली पीढ़ी धातु-हलाइड पेरोसाइट नामक क्रिस्टलीय सामग्री से बनी होती है।


जर्नल में रिपोर्ट किए गए उनके निष्कर्ष ऊर्जा और पर्यावरण विज्ञान, सौर ऊर्जा प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में एक लंबे समय से चले आ रहे रहस्य को सुलझाया है, जिसमें दिखाया गया है कि कैसे पावर-बूस्टिंग और स्थिरीकरण-बढ़ाने वाले क्लोरीन को पेरोसाइट सामग्री में शामिल किया जाता है।

स्वच्छ, हरित ऊर्जा की आवश्यकता से भरी दुनिया में, सौर ऊर्जा जलवायु संकट से बाहर निकलने का एक महत्वपूर्ण तरीका है। और मेटल-हलाइड पेरोव्स्काइट्स एक आने वाली सामग्री है जो कई शोधकर्ताओं को उम्मीद है कि एक दिन ग्रहण करेगा या वर्तमान में बाजार पर हावी सिलिकॉन सौर कोशिकाओं को पूरक करेगा।

“पेरोव्स्काइट्स सिलिकॉन की तुलना में सस्ते, अधिक कुशल और अधिक बहुमुखी होते हैं,” पहले लेखक डॉ। एएफ ने कहा। OIST ऊर्जा सामग्री और भूतल विज्ञान इकाई में छात्र।

लेकिन वर्तमान में, पेरोवस्किट सौर सेल दक्षता, अप-स्केलिंग और स्थिरता के साथ समस्याओं से ग्रस्त हैं, उन्हें व्यावसायीकरण से दूर रखते हैं। उच्च तापमान पर, आर्द्रता और यूवी प्रकाश परजीवी सामग्री को कम कर सकते हैं, जिससे प्रकाश ऊर्जा को ऊर्जा में कितनी अच्छी तरह परिवर्तित किया जा सकता है, डॉ जमशेद ने समझाया।

पिछले एक दशक में, शोधकर्ताओं ने इन मुद्दों को संबोधित करने पर गहन ध्यान केंद्रित किया है। पेरोव्स्किट सौर कोशिकाओं को बेहतर बनाने का एक तरीका डोपेंट का उपयोग करना है – पेरोव्स्किट क्रिस्टल परत बनाने की प्रक्रिया के दौरान जोड़े गए अन्य रसायनों के छोटे निशान। डोपेंट सामग्री के भौतिक और रासायनिक गुणों को बदलते हैं, जिससे सौर उपकरण की स्थिरता और दक्षता में वृद्धि होती है।

ऐसा ही एक डोपेंट क्लोरीन है, जो पेरोवस्किट सौर कोशिकाओं के जीवन को लम्बा खींचने और उनकी शक्ति रूपांतरण दक्षता को बढ़ाने के लिए दिखाया गया है। लेकिन अभी तक इस डोपेंट ने कैसे काम किया यह एक रहस्य था।

चमकने का समय: वैज्ञानिक परमाणु पैमाने को बताते हैं कि क्लोरीन अगली पीढ़ी के सौर कोशिकाओं को कैसे स्थिर करता है

शोधकर्ताओं ने स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोपी का उपयोग क्लोरीन के साथ डोप किए गए पेरोसाइट की सतह परत की एक छवि बनाने के लिए किया। डार्क डिप्रेशन से पता चलता है कि आयोडीन (I) की जगह, क्रिस्टल जाली में क्लोरीन (Cl) कहाँ निहित है। क्रेडिट: ओकिनावा इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी ग्रेजुएट यूनिवर्सिटी

“शोध समुदाय को पता नहीं था कि वे इन सुधारों को क्यों देख रहे थे। एक बार जोड़ने के बाद, शोधकर्ता क्लोरीन को ट्रैक नहीं कर सके – वे यह नहीं कह सकते कि क्लोरीन परजीवी सामग्री में गहराई से निहित था, सतह पर रहा या छोड़ दिया। इस बीच सामान, “डॉ जमशेद ने कहा। “लगभग 50% समुदाय का मानना ​​है कि क्लोरीन मौजूद है, लेकिन अन्य 50% समुदाय ने नहीं किया है।”

अध्ययन में, अनुसंधान समूह ने अंततः क्लोरीन के साथ डोप्ड मेटल-हैलाइड पेरोसाइट, मिथाइलमोनियम लेड आयोडाइड की पतली फिल्में बनाकर चर्चा को सुलझा लिया। उन्होंने पेरोव्स्काइट परत की सतह की छवि बनाने के लिए अत्याधुनिक स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोपी का उपयोग किया।

“यह केवल परमाणु स्तर पर ज़ूम करके था कि हमने अंततः पाया कि वास्तव में बहुत कम सांद्रता में क्लोरीन है,” डॉ।

टीम ने पाया कि सतह पर एक गहरा अवसाद है जो शुद्ध मिथाइलमोनियम लेड आयोडाइड पेरोसाइट फिल्मों में नहीं देखा जाता है।

सोचो विश्वविद्यालय में प्रोफेसर वेनजियन यिन और डॉ। जेड ज़ेंडोंग गुओ द्वारा की गई सैद्धांतिक गणना के माध्यम से, शोधकर्ताओं ने निष्कर्ष निकाला कि यह गहरा अवसाद बताता है कि क्लोरीन, जो आकार में छोटा है, पेरोसाइट क्रिस्टल संरचना से शिथिल रूप से जुड़ा हुआ है। .

शोध समूह ने यह भी नोट किया कि पेरोव्स्किट फिल्म में अनाज की सीमाओं के आसपास इनमें से अधिक अंधेरे इंडेंटेशन थे।

पेरोव्स्काइट परत एक समान क्रिस्टल जाली नहीं है, बल्कि इसके बजाय कई अलग-अलग क्रिस्टल अनाज से बना है। यह अनाज के बीच इन दरारों के कारण है, जिसे अनाज की सीमाएं कहा जाता है, कि पेरोव्स्काइट स्वाभाविक रूप से इतना अस्थिर है।

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जब क्लोरीन पेरोसाइट क्रिस्टल के निर्माण में शामिल होता है, तो पेरोसाइट परत की सतह निष्क्रिय होती है। यह क्लोरीन की कम मात्रा के कारण होता है, जिससे क्लोरीन और आयोडीन के बीच ऊंचाई में अंतर होता है। क्रेडिट: ओकिनावा इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी ग्रेजुएट यूनिवर्सिटी

डॉ. जमशेद ने कहा, “अल्ट्रावायलेट विकिरण, तापमान या आर्द्रता से सबसे अधिक गिरावट इन अनाजों की सीमाओं पर होती है, क्योंकि यहां के आयन अधिक लयबद्ध होते हैं।”

टीम को संदेह है कि इन अनाजों की सीमाओं के आसपास क्लोरीन की बढ़ती उपस्थिति सतह पर दोषों की संख्या को कम करके सामग्री की अतिरिक्त स्थिरता और दक्षता के लिए जिम्मेदार हो सकती है।

महत्वपूर्ण रूप से, शोधकर्ताओं ने पाया कि पेरोव्स्किट फिल्म के अंदर क्लोरीन की सांद्रता को बदलकर क्लोरीन जमा होने के समय को बदलकर, सतह की संरचना और सामग्री के इलेक्ट्रॉनिक गुणों में भी बदलाव आया।

सबसे छोटी गवाही के समय, टीम को पेरोव्स्काइट सामग्री की सतह पर कोई क्लोरीन नहीं मिला। और सबसे लंबे समय के लिए, क्लोरीन पेरोसाइट के ऊपर आयनों की एक अतिरिक्त परत बनाता है जिसने इसके इलेक्ट्रॉनिक गुणों को काफी बदल दिया है।

सतह पर लगभग 14.8% – क्लोरीन की सर्वोत्तम सांद्रता प्रदान करते हुए, शोधकर्ता मीठे स्थान तक पहुँचने के लिए मध्यवर्ती गवाही समय पर काम करने में सक्षम थे। इस एकाग्रता ने पेरोसाइट सामग्री को एक उच्च स्थिरता दी।

शोध दल के लिए अगला कदम क्लोरीन की इस इष्टतम सांद्रता के साथ एक परजीवी परत के साथ एक पूर्ण सौर सेल का उत्पादन करना है।

“यही कारण है कि इस तरह के बुनियादी अध्ययन इतने महत्वपूर्ण हैं – वे डिवाइस इंजीनियरों को बिना किसी परीक्षण और त्रुटि के सबसे उत्कृष्ट उत्पादन प्रक्रिया निर्धारित करने में मदद करते हैं,” डॉ जमशेद ने कहा। “यह समझकर कि डोपेंट सामग्री को कैसे सुधारते हैं, यह हमें नए रासायनिक मिश्रणों के लिए भी मार्गदर्शन कर सकता है जो बेहतर काम कर सकते हैं।”


Fluoroethylamine इंजीनियरिंग प्रभावी निष्क्रियता के लिए Perovskit सौर कोशिकाओं की दक्षता में सुधार करती है


और जानकारी:
अफशान जमशेद एट अल, लेड क्लोराइड के नियंत्रित जमाव द्वारा मिथाइलमोनियम लेड आयोडाइड पेरोव्स्काइट की विस्तारित सतह स्थिरता में परमाणु-स्केल अंतर्दृष्टि, ऊर्जा और पर्यावरण विज्ञान (२०२१)। डीओआई: 10.1039 / D1EE01084K

ओकिनावा इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी द्वारा प्रदान किया गया

गुणों का वर्ण – पत्र: क्लोरीन नेक्स्ट-जेनरेशन सोलर सेल्स को परमाणु पैमाने पर कैसे स्थिर करता है (2021, 10 सितंबर) https://phys.org/news/2021-09-chlorine-stabilizes-next-gen-solar-cells 11 सितंबर 2021 से प्राप्त किया गया था . एचटीएमएल

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