डोपिंग ट्रिक नेक्स्ट-जेन सोलर सेल्स के लिए बाधा को दूर करता है

एक सख्त कपड़े पहने एक आदमी ने सोलर पैनल लगाया था

शोधकर्ताओं ने कुशल पेरोव्स्काइट सौर कोशिकाओं को बनाने में एक महत्वपूर्ण बाधा को दूर करने का एक तरीका निकाला है, जो कि सीओ 2 को भी अनुक्रमित करता है।

पेरोव्स्काइट सौर कोशिकाओं ने हाल के वर्षों में बिजली रूपांतरण दक्षता (3 में 2006% से आज 25.5% तक) में तेजी से वृद्धि के साथ प्रगति की है, जिससे उन्हें सिलिकॉन-आधारित फोटोवोल्टिक कोशिकाओं के साथ अधिक प्रतिस्पर्धी बना दिया गया है। हालांकि, प्रतिस्पर्धी वाणिज्यिक प्रौद्योगिकी बनने से पहले कई चुनौतियां बनी हुई हैं।

अब, शोधकर्ताओं ने उनमें से एक को हल करने के लिए एक प्रक्रिया विकसित की है, एक महत्वपूर्ण कदम में एक बाधा जिसमें फोटोवोल्टिक कोशिकाओं के भीतर कार्बनिक छेद-परिवहन सामग्री के पी-टाइप डोपिंग शामिल है।

वर्तमान में, पी-डोपिंग प्रक्रिया, छेद परिवहन परत में ऑक्सीजन के प्रवेश और प्रसार द्वारा हासिल की गई, समय गहन (एक दिन में कई घंटे) है, जिससे पेरोसाइट सौर कोशिकाओं का व्यावसायिक बड़े पैमाने पर उत्पादन होता है। अव्यवहारिक.

न्यू यॉर्क यूनिवर्सिटी के टंडन स्कूल में एक सहयोगी प्रोफेसर आंद्रे डी टेलर और एक पोस्टडॉक्टरल सहयोगी जैमिन कोंग के नेतृत्व में शोधकर्ताओं ने मिगुएल मोडेस्टिनो, सहायक प्रोफेसर-सभी रासायनिक और द्वि-आणविक इंजीनियरिंग विभाग के साथ-साथ व्यापक रूप से एक विधि की खोज की ऑक्सीजन के बजाय कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) के उपयोग के माध्यम से इस महत्वपूर्ण कदम की गति बढ़ाना।

पेरोसाइट सौर कोशिकाओं में, डोप किए गए कार्बनिक अर्धचालकों को आम तौर पर फोटोएक्टिव पेरोसाइट परत और इलेक्ट्रोड के बीच स्थित चार्ज-निष्कर्षण इंटरलेयर के रूप में आवश्यक होता है। इन इंटरलेयर्स को डोपिंग करने के पारंपरिक साधनों में लिथियम बीआईएस (ट्राइफ्लोरोमीथेन) सल्फोनीमाइड (LiTFSI), एक लिथियम नमक, स्पाइरो-ओएमईटीएडी, एक -संयुग्मित कार्बनिक अर्धचालक शामिल है जो व्यापक रूप से पेरोसाइट सौर कोशिकाओं में एक छेद-परिवहन सामग्री के लिए उपयोग किया जाता है। डोपिंग प्रक्रिया को स्पाइरो-ओएमईटीएडी: एलआईटीएफएसआई मिश्रण फिल्मों को हवा और प्रकाश में उजागर करके शुरू किया जाता है।

न केवल यह विधि समय लेने वाली है, यह काफी हद तक परिवेश की स्थितियों पर निर्भर करती है। इसके विपरीत, टेलर और उनकी टीम ने एक तेज़ और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य डोपिंग विधि की सूचना दी जिसमें पराबैंगनी प्रकाश के तहत CO2 के साथ एक स्पाइरो-OMeTAD: LiTFSI समाधान बुदबुदाना शामिल है। उन्होंने पाया कि उनकी प्रक्रिया ने एक प्राचीन मिश्रण फिल्म की तुलना में इंटरलेयर की विद्युत चालकता को तेजी से 100 गुना बढ़ा दिया, जो कि ऑक्सीजन बबलिंग प्रक्रिया से प्राप्त की तुलना में लगभग 10 गुना अधिक है। CO2 उपचारित फिल्म का परिणाम भी स्थिर रहा, उच्च दक्षता बिना किसी पोस्ट-ट्रीटमेंट के पेरोव्स्काइट सोलर सेल।

मुख्य लेखक कोंग बताते हैं, "डिवाइस निर्माण और प्रसंस्करण समय को छोटा करने के अलावा, पेरोसाइट सौर कोशिकाओं में प्री-डॉप्ड स्पाइरो-ओएमईटीएडी का अनुप्रयोग कोशिकाओं को और अधिक स्थिर बनाता है।" "यह आंशिक रूप से है क्योंकि स्पाइरो-ओएमटीएडी में अधिकांश हानिकारक लिथियम आयन: लीटीएफएसआई समाधान सीओ 2 बुलबुले प्रक्रिया के दौरान लिथियम कार्बोनेट के रूप में स्थिर हो गए थे।"

उन्होंने आगे कहा कि जब जांचकर्ता प्री-डॉप्ड सॉल्यूशन को पेरोव्स्काइट लेयर पर स्पिनकास्ट करते हैं तो लिथियम कार्बोनेट्स को फ़िल्टर किया जा रहा है। "इस प्रकार, हम कुशल छेद परिवहन परतों के लिए काफी शुद्ध डोप किए गए कार्बनिक पदार्थ प्राप्त कर सकते हैं।"

टीम ने यह भी पाया कि CO2 डोपिंग विधि का उपयोग अन्य -संयुग्मित पॉलिमर, जैसे PTAA, MEH-PPV, P3HT, और PBDB-T के पी-टाइप डोपिंग के लिए किया जा सकता है।

टेलर के अनुसार शोधकर्ता सौर कोशिकाओं के लिए उपयोग किए जाने वाले विशिष्ट कार्बनिक अर्धचालकों से आगे की सीमा को आगे बढ़ाना चाह रहे हैं।

"हम मानते हैं कि विभिन्न संयुग्मित कार्बनिक अणुओं के लिए सीओ 2 डोपिंग की व्यापक प्रयोज्यता कार्बनिक सौर कोशिकाओं से कार्बनिक प्रकाश उत्सर्जक डायोड (ओएलईडी) और कार्बनिक क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर (ओएफईटी) तक थर्मोइलेक्ट्रिक उपकरणों तक अनुसंधान को प्रोत्साहित करती है, जिन्हें सभी को कार्बनिक के नियंत्रित डोपिंग की आवश्यकता होती है। सेमीकंडक्टर्स," टेलर बताते हैं कि चूंकि इस प्रक्रिया में काफी मात्रा में CO2 गैस की खपत होती है, इसलिए इसे भविष्य में CO2 कैप्चर और सीक्वेस्ट्रेशन अध्ययन के लिए भी माना जा सकता है।

"ऐसे समय में जब सरकारें और कंपनियां समान रूप से कार्बन डाइऑक्साइड नहीं होने पर CO2 उत्सर्जन को कम करना चाह रही हैं, यह शोध लिथियम कार्बोनेट में बड़ी मात्रा में CO2 को सुधारने के लिए प्रतिक्रिया करने का एक अवसर प्रदान करता है। अगली पीढ़ी सौर सेल, इस ग्रीनहाउस गैस को वातावरण से हटाते हुए, "वे बताते हैं, इस उपन्यास दृष्टिकोण के लिए विचार टीम के बैटरी अनुसंधान से एक प्रति-अंतर्दृष्टि था।

"लिथियम ऑक्सीजन/एयर बैटरी के साथ काम करने के हमारे लंबे इतिहास से हम जानते हैं कि ऑक्सीजन इलेक्ट्रोड के हवा में एक्सपोजर से लिथियम कार्बोनेट का गठन एक बड़ी चुनौती है क्योंकि यह लिथियम आयनों की बैटरी को कम कर देता है, जो बैटरी क्षमता को नष्ट कर देता है। इस स्पिरो डोपिंग प्रतिक्रिया में, हालांकि, हम वास्तव में लिथियम कार्बोनेट गठन का शोषण कर रहे हैं, जो लिथियम को बांधता है और इसे पेरोव्स्काइट सौर सेल की दीर्घकालिक स्थिरता के लिए हानिकारक मोबाइल आयन बनने से रोकता है। हम उम्मीद कर रहे हैं कि यह CO2 डोपिंग तकनीक ऑर्गेनिक इलेक्ट्रॉनिक्स और उससे आगे की मौजूदा चुनौतियों पर काबू पाने के लिए एक कदम हो सकती है। ”

अनुसंधान में प्रकट होता है प्रकृति. सैमसंग, येल यूनिवर्सिटी, कोरिया रिसर्च इंस्टीट्यूट ऑफ केमिकल टेक्नोलॉजी, द ग्रेजुएट सेंटर ऑफ द सिटी यूनिवर्सिटी, वोंकवांग यूनिवर्सिटी और ग्वांगजू इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी के अतिरिक्त शोधकर्ताओं ने काम में योगदान दिया।

यूएस नेशनल साइंस फाउंडेशन, कोरिया के नेशनल रिसर्च फाउंडेशन, चाइना स्कॉलरशिप काउंसिल और ब्रुकहेवन नेशनल लेबोरेटरी में यूएस डिपार्टमेंट ऑफ एनर्जी सेंटर फॉर फंक्शनल नैनोमैटिरियल्स ने इस शोध के लिए सहायता प्रदान की।

स्रोत: NYU

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कार्ल ग्रीनबर्ग-एनवाईयू

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