21.7 শতাংশ! নতুন পদ্ধতি পেরোভস্কাইট সৌর কোষ তৈরির প্রক্রিয়াকে নতুন আকার দেয়
May 25, 2022
গবেষকরা লেপ প্রিন্টিং, ভ্যাকুয়াম ডিপোজিশন এবং অন্যান্য প্রযুক্তি ব্যবহার করে বিশ্বে প্রথমবারের মতো বৃহৎ-এরিয়া অল-পেরোভস্কাইট ট্যান্ডেম ফটোভোলটাইক মডিউলের প্রস্তুতি অনুধাবন করেছেন, বৃহৎ-এরিয়া পেরোভস্কাইট ট্যান্ডেম কোষগুলির ব্যাপক উত্পাদন এবং বাণিজ্যিকীকরণের একটি নতুন উপায় উন্মুক্ত করেছে। . পথ একটি আন্তর্জাতিক প্রামাণিক তৃতীয় পক্ষের পরীক্ষামূলক সংস্থা দ্বারা প্রত্যয়িত, এই মডিউলটির স্থিতিশীল ফটোইলেকট্রিক রূপান্তর দক্ষতা 21.7 শতাংশের মতো উচ্চ, যা বিশ্বের পরিচিত পেরোভস্কাইট ফটোভোলটাইক মডিউলগুলির সর্বোচ্চ দক্ষতা।
সৌর কোষ সরাসরি সৌর শক্তিকে বিদ্যুতে রূপান্তর করতে পারে, যা পরিষ্কার শক্তি পাওয়ার একটি গুরুত্বপূর্ণ উপায়।
ফটোভোলটাইক বিদ্যুৎ উৎপাদনের খরচ নির্ভর করে সৌর কোষের আলোক বৈদ্যুতিক রূপান্তর দক্ষতার উপর। গবেষণায় দেখা গেছে যে রূপান্তর দক্ষতায় প্রতি 1 শতাংশ বৃদ্ধির জন্য, বিদ্যুৎ উৎপাদনের খরচ 7 শতাংশ কমানো যেতে পারে, তবে স্ফটিক সিলিকন সৌর কোষের ফটোইলেকট্রিক রূপান্তর দক্ষতা বর্তমানে উন্নয়ন বাধার সম্মুখীন হয়। ইন্টারনেট অ্যাক্সেসের চাবিকাঠি "দ্বৈত কার্বন" লক্ষ্য অর্জনের জন্য গুরুত্বপূর্ণ বৈজ্ঞানিক ও প্রযুক্তিগত সহায়তা প্রদান করবে।
সম্প্রতি, নানজিং ইউনিভার্সিটির স্কুল অফ মডার্ন ইঞ্জিনিয়ারিং অ্যান্ড অ্যাপ্লায়েড সায়েন্সেসের প্রফেসর ট্যান হেরেনের গবেষণা দল এবং যুক্তরাজ্যের অক্সফোর্ড বিশ্ববিদ্যালয়ের পণ্ডিতরা লেপ প্রিন্টিং, ভ্যাকুয়াম ডিপোজিশন এবং অন্যান্য প্রযুক্তি ব্যবহার করেছেন বৃহত্তর অঞ্চলের সমস্ত প্রস্তুতি উপলব্ধি করতে। -পেরোভস্কাইটে বিশ্বে প্রথমবারের মতো ফটোভোলটাইক মডিউলগুলি স্ট্যাক করা হয়েছে। বৃহৎ-এরিয়া পেরোভস্কাইট ট্যান্ডেম কোষের ব্যাপক উৎপাদন এবং বাণিজ্যিকীকরণের জন্য একটি নতুন পথ।
একটি আন্তর্জাতিক প্রামাণিক তৃতীয় পক্ষের পরীক্ষামূলক সংস্থা দ্বারা প্রত্যয়িত, এই মডিউলটির স্থিতিশীল ফটোইলেকট্রিক রূপান্তর দক্ষতা 21.7 শতাংশের মতো উচ্চ, যা বিশ্বের পরিচিত পেরোভস্কাইট ফটোভোলটাইক মডিউলগুলির সর্বোচ্চ দক্ষতা। এই কৃতিত্বটি "সোলার ব্যাটারি ওয়ার্ল্ড রেকর্ডস" এর সর্বশেষ সংখ্যায় অন্তর্ভুক্ত করা হয়েছে, এবং প্রাসঙ্গিক ফলাফলগুলি সম্প্রতি আন্তর্জাতিক প্রামাণিক একাডেমিক জার্নাল "সায়েন্স" এ প্রকাশিত হয়েছে।
কম উৎপাদন খরচ এবং আরো শক্তি সঞ্চয়
পরিষ্কার, কম খরচে সৌর ফোটোভোলটাইক বিদ্যুৎ উৎপাদনের উন্নয়ন একটি গুরুত্বপূর্ণ উপায় এবং কার্বন পিকিং এবং কার্বন নিরপেক্ষতা অর্জনের জন্য প্রযুক্তিগত গ্যারান্টি। 2022 সালের প্রথম ত্রৈমাসিকে, আমার দেশের ফটোভোলটাইক বিদ্যুৎ উৎপাদন ছিল 84.1 বিলিয়ন কিলোওয়াট ঘন্টা, যা বছরে 22.2 শতাংশ বৃদ্ধি পেয়েছে।
"তবে, প্রযুক্তির বিকাশের সাথে, ঐতিহ্যবাহী স্ফটিক সিলিকন একক জংশন সৌর কোষগুলিও দুটি উন্নয়ন বাধার সম্মুখীন হয়েছে। প্রথমত, বিদ্যমান শিল্প উৎপাদন ক্ষমতা স্ফটিক সিলিকন একক জংশন সৌর কোষের ফটোইলেক্ট্রিক রূপান্তর দক্ষতার সীমার কাছে পৌঁছেছে; দ্বিতীয়ত, খরচ উচ্চ শক্তি এবং উচ্চ শক্তি খরচ, শিল্প সিলিকনে কোয়ার্টজ বালি পরিশোধন এবং মনোক্রিস্টালাইন সিলিকন তৈরির প্রক্রিয়ার জন্য 1000 ডিগ্রির বেশি উচ্চ তাপমাত্রা প্রয়োজন, যখন পেরোভস্কাইট সৌর কোষ তৈরির জন্য প্রায় 100 ডিগ্রি প্রয়োজন।" এই গবেষণার সংশ্লিষ্ট লেখক হিসাবে, ট্যান হেয়ারেন অকপটে বলেছেন যে পেরোভস্কাইট সৌর কোষগুলি কম উৎপাদন খরচ এবং আরও শক্তি সঞ্চয় সাম্প্রতিক বছরগুলিতে ফটোভোলটাইক শিল্পের বিকাশের জন্য নতুন সুযোগ হিসাবে বিবেচিত হয় এবং পেরোভস্কাইট ট্যান্ডেমের কাঠামোগত অপ্টিমাইজেশান এবং প্রযুক্তিগত উদ্ভাবন। সেল ফোটোভোলটাইক শিল্প ত্বরান্বিত হবে খরচ হ্রাস Synergistic অর্জন করতে.
পূর্বে, ট্যান হেরেনের গবেষণা গোষ্ঠী একটি নতুন টানেলিং কাঠামোর প্রস্তাব করেছিল, যা অল-পেরভস্কাইট স্ট্যাকের প্রস্তুতির সমস্যাকে ভেঙে দিয়েছিল, পেরোভস্কাইট শস্যের পৃষ্ঠে ত্রুটিগুলির প্যাসিভেশন বাড়ানোর জন্য একটি নতুন পদ্ধতি তৈরি করেছিল এবং অল-পেরভস্কাইটের ফটোইলেক্ট্রিক রূপান্তর তৈরি করেছিল। স্ট্যাক 26.4 শতাংশের বিশ্ব রেকর্ড দক্ষতা বিশ্বে প্রথমবারের মতো একক-জংশন পেরোভস্কাইট কোষের সর্বোচ্চ প্রত্যয়িত দক্ষতাকে ছাড়িয়ে গেছে। প্রাসঙ্গিক ফলাফল নেচারের মতো আন্তর্জাতিক প্রামাণিক একাডেমিক জার্নালে প্রকাশিত হয়েছে।
"যদিও ল্যাবরেটরিতে ছোট-অঞ্চলের পেরভস্কাইট কোষগুলি উচ্চ রূপান্তর দক্ষতা অর্জন করেছে, বড়-এরিয়া পেরোভস্কাইট ফটোভোলটাইক সেল ব্লকের বাণিজ্যিকীকরণ এখনও অনেক চ্যালেঞ্জের মুখোমুখি।" ট্যান হেয়ারেন অস্বীকার করেননি যে যদিও পূর্ববর্তী গবেষণা 1 উৎপন্ন করেছে উচ্চ-দক্ষতা পেরোভস্কাইট ট্যান্ডেম ব্যাটারি প্রায় বর্গ সেন্টিমিটার, কিন্তু ব্যাপকভাবে উৎপাদিত প্রস্তুতি পদ্ধতি এবং ব্যাটারি ব্লকের আন্তঃসংযোগ কাঠামোর দীর্ঘমেয়াদী স্থিতিশীলতা হল মূল বাধা। শিল্পায়ন উপলব্ধি করা।
একাধিক প্রযুক্তি উপাদানটিকে একটি অভিন্ন ফিল্ম তৈরি করতে দেয়
ব্যাপক উত্পাদন অর্জনের জন্য, প্রথমে বৃহৎ-ক্ষেত্রের সমস্যা সমাধান করা এবং ওয়াইড-ব্যান্ডগ্যাপ পেরোভস্কাইট ফিল্মগুলির অভিন্ন প্রস্তুতির প্রয়োজন।
"ওয়াইড-ব্যান্ডগ্যাপ পেরোভস্কাইটে উচ্চ ব্রোমাইড উপাদান রয়েছে, এর দ্রবণীয়তা কম, দ্রাবক নির্বাচনের স্থান ছোট, ক্রিস্টালাইজেশন নিয়ন্ত্রণ সহজ নয়, এবং উচ্চ-মানের, অভিন্ন এবং ঘন ফিল্ম পাওয়া কঠিন। এর ব্যাপক উৎপাদনের উপর আন্তর্জাতিক গবেষণা প্রস্তুতি প্রযুক্তি প্রায় ফাঁকা।" তান হেয়ারেন ইশারা করলেন।
উপরের চ্যালেঞ্জগুলির প্রতিক্রিয়া হিসাবে, গবেষণা দলটি প্রথমবারের জন্য একটি ভর-উত্পাদিত অল-পেরভস্কাইট ট্যান্ডেম ব্যাটারি প্রস্তুতির পরিকল্পনার প্রস্তাব করেছে। তারা লেপ প্রিন্টিং, ভ্যাকুয়াম ডিপোজিশন এবং অন্যান্য প্রস্তুতি প্রযুক্তি ব্যবহার করে স্পিন-কোটিং ফিল্ম গঠন প্রক্রিয়াকে প্রতিস্থাপন করতে যা সাধারণত পরীক্ষাগারে ব্যবহৃত হয় এবং একটি 20 বর্গ সেন্টিমিটার অল-পেরভস্কাইট টেন্ডেম ব্যাটারি প্রস্তুত করে।
"আগে, আমরা একটি স্পিন আবরণ প্রক্রিয়া ব্যবহার করতাম, অর্থাৎ, প্রথমে কাচের স্তরে পেরোভস্কাইট দ্রবণ প্রয়োগ করতাম, এবং তারপরে সম্পূর্ণ কাচের স্তরটিকে ঘোরানোর জন্য দ্রুত চালিত করতে মেশিনটি ব্যবহার করতাম এবং সাবস্ট্রেটে দ্রবণটি বিতরণ করতে কেন্দ্রাতিগ শক্তি ব্যবহার করতাম। একটি পাতলা ফিল্ম গঠন, কিন্তু এই পদ্ধতি হবে উপরন্তু, স্পিন আবরণ মেশিন খুব দ্রুত ঘোরে, তাই এটি একটি বৃহৎ-ক্ষেত্রের কাচের স্তরকে ঘোরানো কঠিন, যা নির্ধারণ করে যে এটি পেরোভস্কাইট সৌর কোষগুলির ব্যাপক উত্পাদনের জন্য উপযুক্ত নয়। " তান হেয়ারেন ড.
পেরোভস্কাইট দ্রবণটিকে একটি বৃহৎ এলাকা জুড়ে একটি অভিন্ন ফিল্ম তৈরি করার অনুমতি দেওয়ার জন্য, গবেষণা দল প্রথমে একটি ডাক্তার ব্লেড আবরণ প্রক্রিয়া ব্যবহার করেছিল। ট্যান হেয়ারেন ব্যাখ্যা করেছিলেন যে তারা স্বচ্ছ পরিবাহী কাচের উপর দ্রবণটি ফেলেছিল, এবং তারপরে একটি ব্লেড দিয়ে এটিকে সামনে স্ক্র্যাপ করেছিল, যা কাচের পৃষ্ঠে একটি অভিন্ন ভেজা ফিল্ম তৈরি করেছিল। এইভাবে, তারা গর্ত পরিবহন স্তর, ক্যালসিয়াম টাইটানিয়াম স্তরটি ব্রাশ করে, এবং তারপর পেরোভস্কাইটের প্রথম স্তরটিকে রক্ষা করার জন্য ভ্যাকুয়াম জমার মাধ্যমে ইলেক্ট্রন পরিবহন স্তর এবং টানেলিং কাঠামো প্রস্তুত করে, তারপর গর্ত পরিবহন স্তর এবং পেরোভস্কাইটের দ্বিতীয় স্তরটিকে আবরণ করে। , এবং ইলেকট্রন পরিবহন স্তর ভ্যাকুয়াম-বাষ্পীভূতকরণ এবং ধাতব ইলেক্ট্রোডের পরে, একটি পেরোভস্কাইট সোলার সেল ব্লক ফ্রেম বিল্ডিং ব্লকের মতো "ওভেনের বাইরে"।
এটি একটি "ঘর" নির্মাণের জন্য যথেষ্ট নয়, এটি ভাল অনুপাত এবং শক্তিশালী হতে হবে। ট্যান হেয়ারেন বলেছিলেন যে যখন পেরোভস্কাইট ট্যান্ডেম ব্যাটারি ব্লক প্রাথমিকভাবে প্রস্তুত করা হয়েছিল, তখনও দ্রবণের দীর্ঘ স্ফটিককরণ সময়ের কারণে ফিল্মটি অসম ছিল। "পরে, আমি ভেবেছিলাম যে যদি এটি ছাপার কাগজের মতো হতে পারে, তবে মুদ্রণের পরেই কালি শুকিয়ে যাবে, যা ফিল্মটির গুণমান এবং উত্পাদনশীলতা উন্নত করতে পারে"।
আবরণ প্রক্রিয়ায় প্রশস্ত-ব্যান্ডগ্যাপ পেরোভস্কাইটের স্ফটিককরণ নিয়ন্ত্রণের অসুবিধার দিকে লক্ষ্য রেখে, বেশ কয়েকটি প্রচেষ্টার পরে, দলটি পেরোভস্কাইট উপাদানে A-সাইট ক্যাটেশনের সিজিয়ামের পরিমাণ 35 শতাংশে বাড়িয়েছে, এবং ব্লেড আবরণ পদ্ধতির সাথে মিলিত হয়েছে। সমাধানকে ত্বরান্বিত করার জন্য বায়ু-সহায়ক স্ফটিককরণ উদ্বায়ীকরণের পরে, সর্বোত্তম স্ফটিকতা সহ একটি সমতল এবং ঘন প্রশস্ত ব্যান্ডগ্যাপ পেরোভস্কাইট ফিল্ম অবশেষে প্রাপ্ত হয়েছিল, যা অল-পেরভস্কাইট স্ট্যাক করা উপাদানগুলির ব্যাপক উত্পাদনের ভিত্তি স্থাপন করেছিল।
কেন সিজিয়াম দ্রুত এবং স্থিরভাবে ব্যাটারি তৈরি করতে "স্বর্গের পুত্র" হয়ে ওঠে? ট্যান হেয়ারেন প্রবর্তন করেছিলেন: "সিসিয়াম একটি অজৈব আয়ন এবং এটি সহজে উদ্বায়ী নয়। এটি ডিভাইসের তাপীয় স্থিতিশীলতাকে উন্নত করবে, জালির স্ট্রেন কমিয়ে দেবে, ডিভাইসের ফটোস্টেবিলিটি উন্নত করবে, ক্রিস্টালাইজেশন বাধা হ্রাস করবে এবং নিউক্লিয়েশন রেটকে ত্বরান্বিত করবে। যন্ত্র."
একে অপরকে "ক্ষতি" করা বিভিন্ন উপকরণ এড়িয়ে চলুন
"তাত্ত্বিকভাবে, বর্তমান একক-স্তর পেরোভস্কাইট সৌর কোষের ফটোইলেক্ট্রিক রূপান্তর দক্ষতা সর্বোচ্চ মাত্র 33 শতাংশ, যখন দ্বি-স্তর কাঠামো 45 শতাংশ পর্যন্ত পৌঁছতে পারে। বিদ্যুৎ উৎপাদনের দক্ষতা যত বেশি হবে, খরচ কম হবে।" দীর্ঘমেয়াদী গভীর গবেষণা, ট্যান হেয়ারেন আবিষ্কার করতে দিন যে পেরোভস্কাইট কোষের অভ্যন্তরীণ কাঠামোতে "এক থেকে দুই" থেকে লাফ অর্জন করতে, আমাদের অবশ্যই ডিভাইস উপকরণগুলির মধ্যে কীভাবে "সুসংগতভাবে সহাবস্থান" করা যায় তা বিবেচনা করতে হবে।
"একটি টেন্ডেম পেরোভস্কাইট ফটোভোলটাইক মডিউলে, প্রতিটি দুটি উপ-কোষের সংযোগ অঞ্চলে একটি জটিল আন্তঃসংযোগ কাঠামো রয়েছে। আন্তঃসংযোগ অঞ্চলে পেরোভস্কাইট আলো-শোষণকারী স্তর এবং পিছনের ধাতব ইলেক্ট্রোডের মধ্যে সরাসরি যোগাযোগের কারণে হ্যালোজেন আয়নগুলি পেরোভস্কাইটে ইলেক্ট্রোডে ধাতুর সাথে ইন্টারডিফিউশনের ফলে ধাতব উপাদান ক্ষয়প্রাপ্ত হবে এবং পেরোভস্কাইট উপাদানের বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্যগুলি হ্রাস পাবে, যা ব্যাটারি ব্লকের ফটোইলেকট্রিক রূপান্তর দক্ষতাকে প্রভাবিত করবে।" ট্যান হেয়ারেন বলেন, এই সমস্যা কাটিয়ে উঠতে দলটি পেরোভস্কাইট আলো-শোষণকারী স্তর এবং পিছনের ধাতু ব্যবহার করেছে। ইলেক্ট্রোডগুলির মধ্যে, টিন ডাই অক্সাইড ইলেকট্রন পরিবহন স্তরের একটি স্তর পারমাণবিক স্তর জমার মাধ্যমে প্রস্তুত করা হয়েছিল।
"টিন ডাই অক্সাইড হল একটি অর্ধপরিবাহী উপাদান যা নিম্ন তাপমাত্রার পরিবেশে জন্মানো যায় এবং এর ভাল বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা রয়েছে। এটি আন্তঃসংযোগ এলাকায় ধাতব ইলেক্ট্রোড এবং সামনের পৃষ্ঠের স্বচ্ছ পরিবাহী অক্সাইড ইলেক্ট্রোডের মধ্যে ওমিক যোগাযোগকে প্রভাবিত করে না। একই সময়ে, টিন ডাই অক্সাইড ইলেক্ট্রন পরিবহন স্তর এটি উপ-কোষের মধ্যে আন্তঃসংযুক্ত অঞ্চলে নিয়মিতভাবে জমা হতে পারে, পেরোভস্কাইট এবং ধাতুর মধ্যে সরাসরি যোগাযোগকে অবরুদ্ধ করে। কোষের সক্রিয় অঞ্চলে একটি ইলেক্ট্রন পরিবহন স্তর হিসাবে, এটি জারণকেও বাধা দেয়। বায়ু দ্বারা সংকীর্ণ-ব্যান্ডগ্যাপ perovskite, বায়ুমণ্ডলীয় উপলব্ধি আন্তঃসংযোগ প্রস্তুতি, পরীক্ষা এবং অপারেশন অবস্থার অধীনে উপাদান প্যাকেজিং।" তান হেয়ারেন ব্যাখ্যা করেছেন।
এই উদ্ভাবনী মডিউল গঠন নকশা উল্লেখযোগ্যভাবে বানোয়াট পুনরাবৃত্তিযোগ্যতা, ফটোভোলটাইক কর্মক্ষমতা এবং মডিউল স্থায়িত্ব উন্নত. জাপান ইলেক্ট্রিক্যাল সেফটি অ্যান্ড এনভায়রনমেন্টাল টেকনোলজি ল্যাবরেটরি দ্বারা নির্ধারিত, এই অল-পেরভস্কাইট ট্যান্ডেম সোলার সেল ব্লকের ফটোইলেক্ট্রিক রূপান্তর দক্ষতা 21.7 শতাংশ, যা পেরোভস্কাইট ফটোভোলটাইক মডিউলগুলির জন্য রিপোর্ট করা বিশ্বের সর্বোচ্চ দক্ষতা। "সৌর ব্যাটারি বিশ্ব রেকর্ড টেবিল" অন্তর্ভুক্ত।
বিশাল এলাকা পেরোভস্কাইট ট্যানডেম ফটোভোলটাইক মডিউল দ্বারা প্রদর্শিত সম্ভাব্যতা দলটিকে বৃহত্তর লড়াইয়ের মনোভাব পেতে অনুপ্রাণিত করেছিল। ট্যান হেয়ারেন বলেন যে আমরা যদি এই প্রযুক্তির শিল্পায়নের প্রচার করতে চাই তবে আমাদের পেরোভস্কাইট মুদ্রণ এবং প্রস্তুত করার প্রক্রিয়াতে আরও গবেষণা এবং উন্নয়ন করতে হবে। 20 বর্গ সেন্টিমিটার কালি প্রস্তুত করা তুলনামূলকভাবে সহজ, কিন্তু যদি এটি 1 বর্গ মিটারে প্রসারিত হয়, কোন প্রযুক্তিগত অবস্থার উদ্ভাবন করা প্রয়োজন, এটি এখনও ক্রমাগত যাচাইকরণের প্রয়োজন।
