পেরোভস্কাইট সোলার সেলের ভূমিকা - জ্ঞান

সূত্র: cei.washington.edu/

একটি perovskite কি

একটি পেরোভস্কাইট এমন একটি উপাদান যার খনিজ ক্যালসিয়াম টাইটানিয়াম অক্সাইডের মতো একই স্ফটিক গঠন রয়েছে, এটি প্রথম-আবিষ্কৃত পেরোভস্কাইট স্ফটিক। সাধারণত, পেরোভস্কাইট যৌগগুলির একটি রাসায়নিক সূত্র ABX থাকে3, যেখানে 'A' এবং 'B' cations প্রতিনিধিত্ব করে এবং X হল একটি anion যা উভয়ের সাথে বন্ধন করে। পেরোভস্কাইট কাঠামো গঠনের জন্য বিপুল সংখ্যক বিভিন্ন উপাদান একসাথে মিলিত হতে পারে। এই রচনামূলক নমনীয়তা ব্যবহার করে, বিজ্ঞানীরা বিভিন্ন ধরণের শারীরিক, অপটিক্যাল এবং বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্যের জন্য পেরভস্কাইট স্ফটিক ডিজাইন করতে পারেন। পেরোভস্কাইট স্ফটিকগুলি আজ আল্ট্রাসাউন্ড মেশিন, মেমরি চিপ এবং এখন সৌর কোষে পাওয়া যায়।

Two types of atoms, arranged in a cubic pattern and a tetrahedral pattern, around a third type of central atom.

একটি perovskite স্ফটিক গঠন একটি পরিকল্পিত. (উইকিমিডিয়া কমন্স)

পেরোভস্কাইটের ক্লিন এনার্জি অ্যাপ্লিকেশন

সমস্ত ফোটোভোলটাইক সৌর কোষগুলি অর্ধপরিবাহীর উপর নির্ভর করে — আলো থেকে শক্তিকে বিদ্যুতে রূপান্তর করার জন্য কাচের মতো বৈদ্যুতিক নিরোধক এবং ধাতব পরিবাহী যেমন তামার মধ্যে মধ্য স্থলে থাকা উপাদানগুলি। সূর্যের আলো অর্ধপরিবাহী পদার্থে ইলেকট্রনকে উত্তেজিত করে, যা পরিবাহী ইলেক্ট্রোডে প্রবাহিত হয় এবং বৈদ্যুতিক প্রবাহ উৎপন্ন করে।

সিলিকন 1950 সাল থেকে সৌর কোষে ব্যবহৃত প্রাথমিক সেমিকন্ডাক্টর উপাদান, কারণ এর অর্ধপরিবাহী বৈশিষ্ট্যগুলি সূর্যের রশ্মির বর্ণালীর সাথে ভালভাবে সারিবদ্ধ এবং এটি তুলনামূলকভাবে প্রচুর এবং স্থিতিশীল। যাইহোক, প্রচলিত সৌর প্যানেলে ব্যবহৃত বড় সিলিকন স্ফটিকগুলির জন্য একটি ব্যয়বহুল, বহু-পদক্ষেপ উত্পাদন প্রক্রিয়া প্রয়োজন যা প্রচুর শক্তি ব্যবহার করে। একটি বিকল্পের সন্ধানে, বিজ্ঞানীরা সিলিকনের অনুরূপ বৈশিষ্ট্য সহ সেমিকন্ডাক্টর তৈরি করতে পেরোভস্কাইটের সুরযোগ্যতা ব্যবহার করেছেন। পেরোভস্কাইট সৌর কোষগুলি খরচ এবং শক্তির একটি ভগ্নাংশের জন্য মুদ্রণের মতো সহজ, সংযোজন জমা কৌশল ব্যবহার করে তৈরি করা যেতে পারে। পেরোভস্কাইটের গঠনগত নমনীয়তার কারণে, তারা সূর্যের বর্ণালীর সাথে আদর্শভাবে মেলে।

2012 সালে, গবেষকরা প্রথম আবিষ্কার করেছিলেন যে কীভাবে আলো-শোষণকারী স্তর হিসাবে সীসা হ্যালাইড পেরোভস্কাইট ব্যবহার করে 10%-এর বেশি আলো ফোটন-থেকে-ইলেক্ট্রন রূপান্তর দক্ষতা সহ একটি স্থিতিশীল, পাতলা-ফিল্ম পেরোভস্কাইট সোলার সেল তৈরি করা যায়। তারপর থেকে, পেরোভস্কাইট সৌর কোষের সূর্যালোক থেকে বৈদ্যুতিক-শক্তি রূপান্তর দক্ষতা আকাশচুম্বী হয়েছে, পরীক্ষাগারের রেকর্ড 25.2% এ দাঁড়িয়েছে। গবেষকরা প্রচলিত সিলিকন সৌর কোষগুলির সাথে পেরোভস্কাইট সৌর কোষগুলিকেও একত্রিত করছেন - এই "সিলিকন পেরভস্কাইট" ট্যান্ডেম কোষগুলির রেকর্ড দক্ষতা বর্তমানে 29.1% (প্রচলিত সিলিকন কোষগুলির জন্য 27% রেকর্ড ছাড়িয়ে) এবং দ্রুত বৃদ্ধি পাচ্ছে৷ কোষের কার্যক্ষমতার এই দ্রুত বৃদ্ধির সাথে, পেরোভস্কাইট সৌর কোষ এবং পেরোভস্কাইট ট্যান্ডেম সৌর কোষগুলি শীঘ্রই প্রচলিত সিলিকন সৌর কোষের জন্য সস্তা, অত্যন্ত দক্ষ বিকল্প হয়ে উঠতে পারে।

A diagram of the layers that make up a perovskite solar cell: top contacts, hole (+ charge) extracting contact, perovskite semiconductor, electron (- charge) extracting contact, transparent conductive material such as FTO, glass.

একটি পেরোভস্কাইট সৌর কোষের একটি ক্রস-সেকশন। (ক্লিন এনার্জি ইনস্টিটিউট)

কিছু বর্তমান গবেষণা উদ্দেশ্য কি কি?

যদিও পেরোভস্কাইট সোলার সেল, সিলিকন ট্যান্ডেমের পেরোভস্কাইট সহ, বিশ্বব্যাপী কয়েক ডজন কোম্পানির দ্বারা বাণিজ্যিকীকরণ করা হচ্ছে, এখনও মৌলিক বিজ্ঞান এবং প্রকৌশল চ্যালেঞ্জগুলি মোকাবেলা করার জন্য রয়েছে যা তাদের কর্মক্ষমতা, নির্ভরযোগ্যতা এবং উত্পাদনশীলতা উন্নত করতে পারে।

কিছু পেরোভস্কাইট গবেষক পেরোভস্কাইটের ত্রুটিগুলি চিহ্নিত করে রূপান্তর দক্ষতাকে ধাক্কা দিতে থাকেন। যদিও পেরোভস্কাইট সেমিকন্ডাক্টরগুলি উল্লেখযোগ্যভাবে ত্রুটি-সহনশীল, ত্রুটিগুলি এখনও - নেতিবাচকভাবে কর্মক্ষমতাকে প্রভাবিত করে - বিশেষ করে যেগুলি সক্রিয় স্তরের পৃষ্ঠে ঘটে। অন্যান্য গবেষকরা নতুন পেরোভস্কাইট রাসায়নিক ফর্মুলেশনগুলি অন্বেষণ করছেন, উভয়ই নির্দিষ্ট অ্যাপ্লিকেশনের জন্য তাদের বৈদ্যুতিন বৈশিষ্ট্যগুলিকে সুরক্ষিত করতে (যেমন ট্যান্ডেম সেল স্ট্যাক), বা তাদের স্থায়িত্ব এবং জীবনকাল আরও উন্নত করতে।

গবেষকরা নতুন সেল ডিজাইন, পরিবেশ থেকে পেরোভস্কাইটকে রক্ষা করার জন্য নতুন এনক্যাপসুলেশন কৌশল নিয়েও কাজ করছেন এবং মৌলিক অবক্ষয় পথ বোঝার জন্য যাতে তারা ছাদে পেরোভস্কাইট সৌর কোষগুলি কীভাবে স্থায়ী হবে তা ভবিষ্যদ্বাণী করতে দ্রুত বার্ধক্য অধ্যয়ন ব্যবহার করতে পারে। অন্যরা দ্রুত বিভিন্ন ধরণের উত্পাদন প্রক্রিয়াগুলি অন্বেষণ করছে, যার মধ্যে রয়েছে কীভাবে পেরোভস্কাইট "কালি" কে প্রতিষ্ঠিত বড় আকারের সমাধান মুদ্রণ পদ্ধতিতে মানিয়ে নেওয়া যায়। পরিশেষে, যখন সেরা পারফর্মিং পেরোভস্কাইটগুলি আজ অল্প পরিমাণ সীসা দিয়ে তৈরি করা হয়, গবেষকরা বিকল্প রচনা এবং নতুন এনক্যাপসুলেশন কৌশলগুলিও অন্বেষণ করছেন, যাতে সীসার বিষাক্ততার সাথে সম্পর্কিত উদ্বেগগুলি প্রশমিত করা যায়।

CEI কিভাবে perovskites অগ্রসর হচ্ছে?

পেরভস্কাইট স্ফটিকগুলি প্রায়শই পারমাণবিক-স্কেল ত্রুটিগুলি প্রদর্শন করে যা সৌর রূপান্তর দক্ষতা হ্রাস করতে পারে। সিইআই প্রধান বিজ্ঞানী এবং রসায়ন অধ্যাপক ডেভিড জিঙ্গারহাস "প্যাসিভেশন" কৌশলগুলি তৈরি করেছেন, এই ত্রুটিগুলি নিরাময়ের জন্য বিভিন্ন রাসায়নিক যৌগ দিয়ে পেরোভস্কাইটের চিকিত্সা করে৷ কিন্তু যখন পেরোভস্কাইট স্ফটিক সৌর কোষে একত্রিত হয়, তখন বর্তমান-সংগ্রহকারী ইলেক্ট্রোড অতিরিক্ত ত্রুটি তৈরি করতে পারে। 2019 সালে, Ginger এবং Georgia Tech-এর সহযোগীরা মার্কিন ডিপার্টমেন্ট অফ এনার্জি-এর সোলার এনার্জি টেকনোলজিস অফিস (SETO) থেকে নতুন প্যাসিভেশন কৌশল এবং নতুন চার্জ সংগ্রহের উপকরণ তৈরির জন্য তহবিল পেয়েছিল, যাতে পেরভস্কাইট সৌর কোষগুলি এখনও সামঞ্জস্যপূর্ণ থাকাকালীন তাদের সম্পূর্ণ কার্যক্ষমতার সম্ভাবনায় পৌঁছাতে দেয়। কম খরচে উত্পাদন সঙ্গে.

রসায়নের অধ্যাপক ড্যানিয়েল গেমলিন এবং তার গোষ্ঠীর লক্ষ্য হল পেরভস্কাইট আবরণ দিয়ে সিলিকন সৌর কোষগুলিকে সংশোধন করা যাতে নীল আলোর উচ্চ-শক্তি ফোটনগুলিকে আরও দক্ষতার সাথে সংগ্রহ করা যায়, প্রচলিত সিলিকন কোষগুলির জন্য 33% রূপান্তরের তাত্ত্বিক সীমাকে বাইপাস করে। গেমলিন এবং তার দল পেরোভস্কাইট কোয়ান্টাম ডট তৈরি করেছে - মানুষের চুলের চেয়ে হাজার হাজার গুণ ছোট ছোট কণা - যা উচ্চ-শক্তি ফোটন শোষণ করতে পারে এবং দ্বিগুণ কম-শক্তি ফোটন নির্গত করতে পারে, একটি প্রক্রিয়া "কোয়ান্টাম কাটা" নামে পরিচিত। একটি সৌর কোষ দ্বারা শোষিত প্রতিটি ফোটন একটি ইলেক্ট্রন তৈরি করে, তাই পেরোভস্কাইট কোয়ান্টাম ডট আবরণ নাটকীয়ভাবে রূপান্তর দক্ষতা বাড়াতে পারে।

গেমলিন এবং তার দল প্রযুক্তির বাণিজ্যিকীকরণের জন্য ব্লুডট ফোটোনিক নামে একটি স্পিনঅফ কোম্পানি গঠন করেছে। SETO থেকে তহবিল নিয়ে, Gamelin এবং BlueDot বড় এলাকার সৌর কোষগুলির জন্য এবং প্রচলিত সিলিকন সৌর কোষগুলিকে উন্নত করার জন্য পেরোভস্কাইট উপকরণগুলির পাতলা ফিল্ম তৈরি করার জন্য জমা করার কৌশলগুলি বিকাশ করছে৷

রাসায়নিক প্রকৌশলের অধ্যাপক হিউ হিলহাউস পেরোভস্কাইটের গবেষণায় সহায়তা করার জন্য মেশিন লার্নিং অ্যালগরিদম ব্যবহার করছেন। হাই-স্পিড ভিডিও দ্বারা ক্যাপচার করা ফটোলুমিনেসেন্স ব্যবহার করে, হিলহাউস এবং তার গ্রুপ দীর্ঘমেয়াদী স্থিতিশীলতার জন্য বিভিন্ন হাইব্রিড পেরোভস্কাইট পরীক্ষা করছে। এই পরীক্ষাগুলি প্রচুর ডেটা সেট তৈরি করে, কিন্তু মেশিন লার্নিং ব্যবহার করে, তারা পেরোভস্কাইট সৌর কোষগুলির জন্য অবক্ষয়ের একটি ভবিষ্যদ্বাণীমূলক মডেল তৈরি করার লক্ষ্য রাখে। এই মডেলটি তাদের দীর্ঘমেয়াদী স্থিতিশীলতার জন্য একটি পেরোভস্কাইট সৌর কোষের রাসায়নিক মেকআপ এবং গঠনকে অপ্টিমাইজ করতে সাহায্য করতে পারে - বাণিজ্যিকীকরণের একটি মূল বাধা।

ওয়াশিংটন ক্লিন এনার্জি টেস্টবেড-এ, CEI দ্বারা পরিচালিত একটি ওপেন-অ্যাক্সেস ল্যাব সুবিধা, গবেষক এবং উদ্যোক্তারা পেরোভস্কাইট সোলার সেলের মতো প্রযুক্তির বিকাশ, পরীক্ষা এবং স্কেল করার জন্য অত্যাধুনিক সরঞ্জাম ব্যবহার করতে পারেন। টেস্টবেডে রোল টু রোল প্রিন্টার ব্যবহার করে, পেরোভস্কাইট কালি নমনীয় সাবস্ট্রেটে কম তাপমাত্রায় প্রিন্ট করা যেতে পারে। টেস্টবেডের কারিগরি পরিচালক জে. ডেভিন ম্যাকেঞ্জি, পদার্থ বিজ্ঞানের অধ্যাপক& UW-তে ইঞ্জিনিয়ারিং এবং মেকানিক্যাল ইঞ্জিনিয়ারিং, উচ্চ-থ্রুপুট এবং কম কার্বন-পদচিহ্ন উত্পাদনের জন্য উপকরণ এবং কৌশলগুলির বিশেষজ্ঞ। তার গ্রুপের সবচেয়ে সক্রিয় প্রকল্পগুলির মধ্যে একটি, এটিও SETO দ্বারা অর্থায়ন করা হয়েছে, সিটু যন্ত্রগুলিতে বিকাশ করছে যা পেরোভস্কাইট স্ফটিকগুলির বৃদ্ধি পরিমাপ করতে পারে কারণ সেগুলি রোল-টু-রোল প্রিন্টিংয়ের সময় দ্রুত জমা হচ্ছে৷ উন্নয়নের জন্য যৌথ কেন্দ্রের সহায়তায় এবং আর্থ অ্যাবন্ড্যান্ট ম্যাটেরিয়ালস (JCDREAM) এর গবেষণা, ম্যাকেঞ্জি'স গ্রুপ পৃথিবীর সর্বোচ্চ রেজোলিউশন প্রিন্টার ব্যবহার করে নতুন ইলেক্ট্রোড তৈরি করতে পারভস্কাইট সৌর কোষ থেকে সূর্যালোককে কোষে প্রবেশ করতে বাধা না দিয়ে বৈদ্যুতিক প্রবাহ বের করে আনছে।

ওয়াশিংটন ক্লিন এনার্জি টেস্টবেডস টেকনিক্যাল ডিরেক্টর জে. ডেভিন ম্যাকেঞ্জি নমনীয় ইলেকট্রনিক্সের জন্য টেস্টবেডের মাল্টি-স্টেজ রোল-টু-রোল প্রিন্টার প্রদর্শন করছেন। (ক্লিন এনার্জি ইনস্টিটিউট)