21.7 प्रतिशत! नई विधि पेरोसाइट सौर सेल निर्माण प्रक्रिया को फिर से आकार देती है

शोधकर्ताओं ने दुनिया में पहली बार बड़े क्षेत्र के सभी-पेरोव्स्काइट अग्रानुक्रम फोटोवोल्टिक मॉड्यूल की तैयारी का एहसास करने के लिए कोटिंग प्रिंटिंग, वैक्यूम डिपोजिशन और अन्य तकनीकों का उपयोग किया, बड़े क्षेत्र के पेरोसाइट टेंडेम कोशिकाओं के बड़े पैमाने पर उत्पादन और व्यावसायीकरण का एक नया तरीका खोल दिया। . रास्ता। एक अंतरराष्ट्रीय आधिकारिक तृतीय-पक्ष परीक्षण संगठन द्वारा प्रमाणित, इस मॉड्यूल की स्थिर फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण दक्षता 21.7 प्रतिशत जितनी अधिक है, जो ज्ञात पेरोसाइट फोटोवोल्टिक मॉड्यूल की दुनिया की उच्चतम दक्षता है।

सौर सेल सीधे सौर ऊर्जा को बिजली में बदल सकते हैं, जो स्वच्छ ऊर्जा प्राप्त करने का एक महत्वपूर्ण तरीका है।

फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन की लागत सौर कोशिकाओं की फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण दक्षता पर निर्भर करती है। अध्ययनों से पता चला है कि रूपांतरण दक्षता में प्रत्येक 1 प्रतिशत की वृद्धि के लिए, बिजली उत्पादन की लागत को 7 प्रतिशत तक कम किया जा सकता है, लेकिन क्रिस्टलीय सिलिकॉन सौर कोशिकाओं की फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण दक्षता वर्तमान में विकास बाधाओं का सामना करती है। इंटरनेट एक्सेस की कुंजी "दोहरे कार्बन" लक्ष्य की प्राप्ति के लिए महत्वपूर्ण वैज्ञानिक और तकनीकी सहायता भी प्रदान करेगी।

हाल ही में, नानजिंग विश्वविद्यालय के स्कूल ऑफ मॉडर्न इंजीनियरिंग और एप्लाइड साइंसेज के प्रोफेसर टैन हेयरन के शोध समूह और यूनाइटेड किंगडम में ऑक्सफोर्ड विश्वविद्यालय के विद्वानों ने बड़े क्षेत्र की तैयारी का एहसास करने के लिए कोटिंग प्रिंटिंग, वैक्यूम डिपोजिशन और अन्य तकनीकों का इस्तेमाल किया। -पेरोव्स्काइट ने दुनिया में पहली बार फोटोवोल्टिक मॉड्यूल को स्टैक किया। बड़े क्षेत्र के पेरोव्स्काइट अग्रानुक्रम कोशिकाओं के बड़े पैमाने पर उत्पादन और व्यावसायीकरण के लिए एक नया मार्ग।

एक अंतरराष्ट्रीय आधिकारिक तृतीय-पक्ष परीक्षण संगठन द्वारा प्रमाणित, इस मॉड्यूल की स्थिर फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण दक्षता 21.7 प्रतिशत जितनी अधिक है, जो ज्ञात पेरोसाइट फोटोवोल्टिक मॉड्यूल की दुनिया की उच्चतम दक्षता है। इस उपलब्धि को "सोलर बैटरी वर्ल्ड रिकॉर्ड्स" के नवीनतम अंक में शामिल किया गया था, और प्रासंगिक परिणाम हाल ही में अंतरराष्ट्रीय आधिकारिक अकादमिक पत्रिका "साइंस" में प्रकाशित किए गए थे।

कम उत्पादन लागत और अधिक ऊर्जा की बचत

कार्बन पीकिंग और कार्बन तटस्थता प्राप्त करने के लिए स्वच्छ, कम लागत वाली सौर फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन का विकास एक महत्वपूर्ण तरीका और तकनीकी गारंटी है। 2022 की पहली तिमाही में, मेरे देश का फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन 84.1 बिलियन kWh था, जो साल-दर-साल 22.2 प्रतिशत की वृद्धि थी।

"हालांकि, प्रौद्योगिकी के विकास के साथ, पारंपरिक क्रिस्टलीय सिलिकॉन सिंगल जंक्शन सौर कोशिकाओं को भी दो विकास बाधाओं का सामना करना पड़ा है। सबसे पहले, मौजूदा औद्योगिक उत्पादन क्षमता क्रिस्टलीय सिलिकॉन सिंगल जंक्शन सौर कोशिकाओं की फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण दक्षता की सीमा तक पहुंच गई है; दूसरा, लागत उच्च ऊर्जा और उच्च ऊर्जा खपत, औद्योगिक सिलिकॉन में क्वार्ट्ज रेत को परिष्कृत करने और मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन बनाने की प्रक्रिया में 1000 डिग्री से अधिक के उच्च तापमान की आवश्यकता होती है, जबकि पेरोसाइट सौर कोशिकाओं की तैयारी के लिए लगभग 100 डिग्री की आवश्यकता होती है।" इस अध्ययन के संबंधित लेखक के रूप में, टैन हेयरन ने स्पष्ट रूप से कहा कि कम उत्पादन लागत और अधिक ऊर्जा बचत वाले पेरोसाइट सौर कोशिकाओं को हाल के वर्षों में फोटोवोल्टिक उद्योग के विकास के लिए नए अवसरों के रूप में माना जाता है, और पेरोव्स्काइट टंडेम के संरचनात्मक अनुकूलन और तकनीकी नवाचार के रूप में माना जाता है। सेल लागत में कमी सिनर्जिस्टिक प्राप्त करने के लिए फोटोवोल्टिक उद्योग को गति देंगे।

इससे पहले, टैन हेयरन के शोध समूह ने एक नई टनलिंग संरचना का प्रस्ताव रखा, जो ऑल-पेरोव्स्काइट स्टैक की तैयारी की समस्या से टूट गई, पेरोसाइट अनाज की सतह पर दोषों के पारित होने को बढ़ाने के लिए एक नई विधि विकसित की, और ऑल-पेरोव्स्काइट का फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण बनाया। ढेर 26.4 प्रतिशत की विश्व रिकॉर्ड दक्षता ने दुनिया में पहली बार एकल-जंक्शन पेरोसाइट कोशिकाओं की उच्चतम प्रमाणित दक्षता को पार कर लिया है। प्रासंगिक परिणाम अंतरराष्ट्रीय आधिकारिक अकादमिक पत्रिकाओं जैसे प्रकृति में प्रकाशित किए गए हैं।

"हालांकि प्रयोगशाला में छोटे क्षेत्र के पेरोव्स्काइट कोशिकाओं ने उच्च रूपांतरण दक्षता हासिल की है, लेकिन बड़े क्षेत्र के पेरोव्स्काइट फोटोवोल्टिक सेल ब्लॉक के व्यावसायीकरण को अभी भी कई चुनौतियों का सामना करना पड़ रहा है।" टैन हेयरन ने इस बात से इनकार नहीं किया कि हालांकि पिछले शोध ने 1 का उत्पादन किया है उच्च दक्षता वाली पेरोसाइट टंडेम बैटरी लगभग वर्ग सेंटीमीटर है, लेकिन बड़े पैमाने पर उत्पादित तैयारी विधि और बैटरी ब्लॉक में इंटरकनेक्ट संरचना की दीर्घकालिक स्थिरता प्रमुख बाधाएं हैं औद्योगीकरण का एहसास।

कई प्रौद्योगिकियां सामग्री को एक समान फिल्म बनाने की अनुमति देती हैं

बड़े पैमाने पर उत्पादन प्राप्त करने के लिए, पहले बड़े क्षेत्र की समस्या को हल करना और वाइड-बैंडगैप पेरोसाइट फिल्मों की समान तैयारी करना आवश्यक है।

"वाइड-बैंडगैप पेरोव्स्काइट में उच्च ब्रोमाइड घटक होते हैं, इसकी घुलनशीलता कम होती है, विलायक चयन स्थान छोटा होता है, क्रिस्टलीकरण नियंत्रण आसान नहीं होता है, और उच्च गुणवत्ता वाली, समान और घनी फिल्में प्राप्त करना मुश्किल होता है। इसके बड़े पैमाने पर उत्पादन पर अंतर्राष्ट्रीय शोध तैयारी तकनीक लगभग खाली।" टैन हेयरन ने इशारा किया।

उपरोक्त चुनौतियों के जवाब में, शोध दल ने पहली बार बड़े पैमाने पर उत्पादित ऑल-पेरोव्स्काइट टंडेम बैटरी तैयारी योजना का प्रस्ताव दिया। उन्होंने आमतौर पर प्रयोगशाला में उपयोग की जाने वाली स्पिन-कोटिंग फिल्म निर्माण प्रक्रिया को बदलने के लिए कोटिंग प्रिंटिंग, वैक्यूम डिपोजिशन और अन्य तैयारी तकनीकों का इस्तेमाल किया, और एक 20 वर्ग सेंटीमीटर ऑल-पेरोव्स्काइट टंडेम बैटरी तैयार की।

"पहले, हम एक स्पिन कोटिंग प्रक्रिया का उपयोग करते थे, अर्थात, पहले ग्लास सब्सट्रेट पर पेरोसाइट समाधान लागू करते हैं, और फिर मशीन का उपयोग करके पूरे ग्लास सब्सट्रेट को घुमाने के लिए ड्राइव करते हैं, और सब्सट्रेट पर समाधान वितरित करने के लिए केन्द्रापसारक बल का उपयोग करते हैं। एक पतली फिल्म बनाएं, लेकिन यह विधि इसके अलावा, स्पिन कोटिंग मशीन बहुत तेजी से घूमती है, इसलिए बड़े क्षेत्र के ग्लास सब्सट्रेट को घुमाने के लिए ड्राइव करना मुश्किल है, जो यह निर्धारित करता है कि यह पेरोसाइट सौर कोशिकाओं के बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए उपयुक्त नहीं है। " टैन हेयरन ने कहा।

एक बड़े क्षेत्र में एक समान फिल्म बनाने के लिए पेरोव्स्काइट समाधान की अनुमति देने के लिए, शोध दल ने पहले डॉक्टर ब्लेड कोटिंग प्रक्रिया का उपयोग किया। टैन हेयरन ने समझाया कि उन्होंने पारदर्शी प्रवाहकीय कांच पर घोल गिराया, और फिर इसे एक ब्लेड से आगे की ओर खुरच दिया, जिससे कांच की सतह पर एक समान गीली फिल्म बन गई। इस तरह, उन्होंने छेद परिवहन परत, कैल्शियम टाइटेनियम परत को ब्रश करना, और फिर पेरोव्स्काइट की पहली परत की रक्षा के लिए वैक्यूम डिपोजिशन द्वारा इलेक्ट्रॉन परिवहन परत और सुरंग संरचना तैयार करना, फिर छेद परिवहन परत और पेरोव्स्काइट की दूसरी परत को कोटिंग करना। , और इलेक्ट्रॉन परिवहन परत वैक्यूम-वाष्पीकरण करने के बाद और धातु इलेक्ट्रोड, एक पेरोसाइट सौर सेल ब्लॉक फ्रेम बिल्डिंग ब्लॉक्स की तरह "ओवन से बाहर" है।

"घर" बनाने के लिए पर्याप्त नहीं है, इसे अच्छी तरह से आनुपातिक और मजबूत भी होना चाहिए। टैन हेयरन ने कहा कि जब पेरोसाइट टेंडेम बैटरी ब्लॉक शुरू में तैयार किया गया था, तब भी समाधान के लंबे क्रिस्टलीकरण समय के कारण फिल्म असमान थी। "बाद में, मैंने सोचा कि अगर यह प्रिंटिंग पेपर की तरह हो सकता है, तो छपाई के तुरंत बाद स्याही सूख जाएगी, जिससे फिल्म में सुधार हो सकता है। गुणवत्ता और उत्पादकता।"

कोटिंग प्रक्रिया में वाइड-बैंडगैप पेरोसाइट के क्रिस्टलीकरण को नियंत्रित करने की कठिनाई के उद्देश्य से, कई प्रयासों के बाद, टीम ने पेरोसाइट घटक में ए-साइट केशन की सीज़ियम सामग्री को 35 प्रतिशत तक बढ़ा दिया, और ब्लेड कोटिंग विधि के साथ संयुक्त किया। समाधान में तेजी लाने के लिए एयर-असिस्टेड क्रिस्टलीकरण अस्थिरता के बाद, सर्वश्रेष्ठ क्रिस्टलीयता के साथ एक फ्लैट और घने चौड़े बैंडगैप पेरोसाइट फिल्म को अंततः प्राप्त किया गया, जिसने ऑल-पेरोव्स्काइट स्टैक्ड घटकों के बड़े पैमाने पर उत्पादन की नींव रखी।

बैटरियों को तेजी से और स्थिर रूप से बनाने के लिए सीज़ियम "स्वर्ग का पुत्र" क्यों बन जाता है? टैन हेयरन ने पेश किया: "सीज़ियम एक अकार्बनिक आयन है और आसानी से अस्थिर नहीं है। यह डिवाइस की थर्मल स्थिरता में सुधार करेगा, जाली तनाव को कम करेगा, डिवाइस की फोटोस्टेबिलिटी में सुधार करेगा, क्रिस्टलीकरण बाधा को कम करेगा, और न्यूक्लिएशन दर को तेज करेगा। उपकरण।"

विभिन्न सामग्रियों से एक दूसरे को "नुकसान" पहुंचाने से बचें

"सैद्धांतिक रूप से, वर्तमान सिंगल-लेयर पेरोसाइट सौर सेल की फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण दक्षता उच्चतम पर केवल 33 प्रतिशत है, जबकि डबल-लेयर संरचना 45 प्रतिशत तक पहुंच सकती है। बिजली उत्पादन दक्षता जितनी अधिक होगी, लागत कम होगी।" लंबे समय तक गहन शोध करते हुए, टैन हेयरन को पता चलता है कि पेरोव्स्काइट कोशिकाओं की आंतरिक संरचना में "एक से दो" की छलांग हासिल करने के लिए, हमें यह भी विचार करना चाहिए कि डिवाइस सामग्री के बीच "सामंजस्यपूर्ण रूप से सह-अस्तित्व" कैसे हो।

"एक अग्रानुक्रम पेरोव्स्काइट फोटोवोल्टिक मॉड्यूल में, प्रत्येक दो उप-कोशिकाओं के कनेक्शन क्षेत्र में एक जटिल इंटरकनेक्शन संरचना होती है। इंटरकनेक्शन क्षेत्र में पेरोव्स्काइट प्रकाश-अवशोषित परत और बैक मेटल इलेक्ट्रोड के बीच सीधे संपर्क के कारण, हलोजन आयन पेरोव्स्काइट में इलेक्ट्रोड में धातु के साथ इंटरडिफ्यूजन धातु सामग्री को खराब कर देगा और पेरोव्स्काइट सामग्री के विद्युत गुणों में गिरावट आएगी, जो बैटरी ब्लॉक की फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण दक्षता को प्रभावित करेगी।" टैन हेयरन ने कहा, इस समस्या को दूर करने के लिए, टीम ने पेरोव्स्काइट प्रकाश-अवशोषित परत और पिछली धातु का उपयोग किया। इलेक्ट्रोड के बीच, परमाणु परत जमाव द्वारा टिन डाइऑक्साइड इलेक्ट्रॉन परिवहन परत की एक परत तैयार की गई थी।

"टिन डाइऑक्साइड एक अर्धचालक पदार्थ है जिसे कम तापमान वाले वातावरण में उगाया जा सकता है और इसमें अच्छी विद्युत चालकता होती है। यह इंटरकनेक्ट क्षेत्र में धातु इलेक्ट्रोड और सामने की सतह पर पारदर्शी प्रवाहकीय ऑक्साइड इलेक्ट्रोड के बीच ओमिक संपर्क को प्रभावित नहीं करता है। उसी समय, टिन डाइऑक्साइड इलेक्ट्रॉन परिवहन परत इसे उप-कोशिकाओं के बीच परस्पर जुड़े क्षेत्रों में जमा किया जा सकता है, पेरोसाइट और धातु के बीच सीधे संपर्क को अवरुद्ध करता है। सेल के सक्रिय क्षेत्र में एक इलेक्ट्रॉन परिवहन परत के रूप में, यह ऑक्सीकरण को भी रोकता है हवा से संकीर्ण-बैंडगैप पेरोव्स्काइट का, वायुमंडलीय को साकार करना ऑपरेशन की शर्तों के तहत घटकों की इंटरकनेक्शन तैयारी, परीक्षण और पैकेजिंग।" टैन हेयरन ने समझाया।

यह अभिनव मॉड्यूल संरचना डिजाइन मॉड्यूल के निर्माण दोहराव, फोटोवोल्टिक प्रदर्शन और स्थिरता में काफी सुधार करता है। जैसा कि जापान इलेक्ट्रिकल सेफ्टी एंड एनवायर्नमेंटल टेक्नोलॉजी लेबोरेटरी द्वारा निर्धारित किया गया है, इस ऑल-पेरोव्स्काइट टेंडेम सोलर सेल ब्लॉक की फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण दक्षता 21.7 प्रतिशत है, जो कि पेरोसाइट फोटोवोल्टिक मॉड्यूल के लिए रिपोर्ट की गई दुनिया की उच्चतम दक्षता है। "सौर बैटरी विश्व रिकॉर्ड तालिका" शामिल है।

बड़े क्षेत्र के पेरोव्स्काइट अग्रानुक्रम फोटोवोल्टिक मॉड्यूल द्वारा प्रदर्शित क्षमता ने टीम को अधिक से अधिक लड़ने की भावना के लिए प्रेरित किया। टैन हेयरन ने कहा कि यदि हम इस तकनीक के औद्योगीकरण को बढ़ावा देना चाहते हैं, तो हमें पेरोव्स्काइट को प्रिंट करने और तैयार करने की प्रक्रिया में और अधिक शोध और विकास करना चाहिए। 20 वर्ग सेंटीमीटर स्याही तैयार करना अपेक्षाकृत सरल है, लेकिन अगर इसे 1 वर्ग मीटर तक बढ़ाया जाता है, तो किन तकनीकी स्थितियों को नया करने की आवश्यकता होती है, फिर भी इसे निरंतर सत्यापन की आवश्यकता होती है।