नानजिंग विश्वविद्यालय के नेतृत्व में और सौर सेल निर्माता रेनशाइन सोलर के साथ सहयोग करने वाले शोधकर्ताओं की एक टीम ने फोटोवोल्टिक प्रौद्योगिकी में एक उल्लेखनीय विकास का दावा किया है, क्योंकि उन्होंने 810 सेमी² के क्षेत्र और 24.0% की सौर ऊर्जा को बिजली में परिवर्तित करने की दक्षता के साथ एक पेरोव्स्काइट सौर मॉड्यूल बनाया है। इस परिणाम को TÜV SÜD द्वारा सत्यापित किया गया है, और यह 800 सेमी² क्षेत्र में पेरोव्स्काइट्स मॉड्यूल बनाने का एक विश्व रिकॉर्ड है। निष्कर्ष "नेचर" पत्रिका में प्रकाशित हुए हैं।
प्रयोगशाला से परे: स्केल चुनौती
पेरोव्स्काइट सौर कोशिकाओं ने लंबे समय से शोधकर्ताओं को अपनी तीव्र दक्षता वृद्धि से चकित कर दिया है, जो 2009 में केवल 3.8% से बढ़कर आज प्रयोगशाला उपकरणों में 25% से अधिक हो गई है। लेकिन एक छोटे लैब सेल से व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य बड़े मॉड्यूल तक का रास्ता बाधाओं से भरा रहा है। जैसे-जैसे उपकरण बढ़ते हैं, दोष बढ़ते हैं, कोटिंग्स असमान हो जाती हैं, और दक्षता कम हो जाती है। यह "स्केल गैप" पेरोव्स्काइट व्यावसायीकरण में सबसे बड़ी बाधा रहा है।
नानजिंग यूनिवर्सिटी की टीम ने आखिरकार यह दूरी सफलतापूर्वक तय कर ली है। उनका मॉड्यूल, माप 810 सेमी²; कागज की एक सामान्य शीट के समान, प्रयोगशाला स्थितियों के तहत परीक्षण किए गए मॉड्यूल के लिए 24.2% की रिकॉर्ड दक्षता का उत्पादन किया गया है, जबकि स्वतंत्र प्रमाणीकरण ने 24.0% की दक्षता की पुष्टि की है। मॉड्यूल 53.46 वी का खुला सर्किट वोल्टेज, 0.436 ए का शॉर्ट सर्किट करंट और 83.40% का भराव कारक भी दिखा रहा है। जबकि अधिकतम पावर पॉइंट ट्रैकिंग काम कर रही है, मॉड्यूल का आउटपुट 19.4 W के स्तर पर स्थिर है।
इससे भी अधिक प्रभावशाली ढंग से, टीम ने 0.72 वर्ग मीटर के कुल क्षेत्रफल के साथ 150 मॉड्यूल बनाए, जो एक वास्तविक मीटर {3} स्केल उत्पाद है, जिससे 144 डब्ल्यू का औसत बिजली उत्पादन प्राप्त हुआ। इनमें से चैंपियन 22.0% की प्रमाणित दक्षता और 158.4 डब्ल्यू के आउटपुट तक पहुंच गया, जिसने मीटर पैमाने पर दक्षता रिकॉर्ड स्थापित किया।
तकनीकी सफलता: सतही निष्क्रियता पर पुनर्विचार
यह उपलब्धि किस कारण संभव हुई? इसका उत्तर सतह निष्क्रियता पर चतुराई से पुनर्विचार करने में निहित है। यह प्रक्रिया पेरोव्स्काइट परत की सीमा पर दोषों का इलाज करने की प्रक्रिया है जो आवेश वाहकों को फँसाती है और पुनर्संयोजन में तेजी लाती है, वोल्टेज को कम करती है और एक उपकरण सूरज की रोशनी से करंट निकाल सकता है।
पारंपरिक निष्क्रियता अमोनियम हैलाइड्स (एएचपी) पर निर्भर करती है, जो प्रयोगशाला में अच्छा काम करती है लेकिन बड़े पैमाने पर समस्याग्रस्त हो जाती है। जब बड़े क्षेत्र के निर्माण के लिए उपयोग की जाने वाली निरंतर निक्षेपण विधि को स्लॉट{1}डाई कोटिंग{{2}के साथ संयोजित किया जाता है, तो एएचपी असमान रूप से वितरित हो जाते हैं, जिससे कुछ क्षेत्रों को उपचारित कर दिया जाता है और अन्य को निष्क्रिय कर दिया जाता है। वे नमी के प्रति भी संवेदनशील होते हैं, आमतौर पर निर्माताओं को निष्क्रिय वायुमंडल के अंदर मीटर स्केल मॉड्यूल को संसाधित करने के लिए मजबूर करते हैं, जिससे उपकरण जटिलता और लागत बढ़ जाती है।
चीनी टीम ने मौलिक रूप से अलग दृष्टिकोण अपनाया। प्रतिकूल सतह की भरपाई के लिए पैसिवेटर पर निर्भर रहने के बजाय, उन्होंने पेरोव्स्काइट फिल्म की सतह रसायन शास्त्र का निर्माण कियापहलेइसे निष्क्रिय करना। उच्च संतृप्ति वाष्प दबाव के साथ एक विलायक प्रणाली का उपयोग करके, उन्होंने फॉर्ममिडिनियम आयोडाइड (एफएआई) में प्राकृतिक रूप से समृद्ध सतह का उत्पादन करने के लिए फिल्म के क्रिस्टलीकरण को नियंत्रित किया। फिर उन्होंने पारंपरिक अमोनियम हेलाइड्स के स्थान पर उस अनुरूपित सतह को लेड डाइओलिएट {{2}एक रासायनिक रूप से स्थिर लेड कार्बोक्सिलेट (एलसीपी) {{3}से उपचारित किया।
निष्कर्ष क्रांतिकारी थे. एक्स{1}रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी ने एलसीपी और एफएआई{2}समृद्ध सतह के बीच रासायनिक बंधनों की उपस्थिति साबित की, जबकि फोटोल्यूमिनेसेंस विश्लेषण से पता चला कि वाहक जीवनकाल 264 नैनोसेकंड से बढ़कर 706 नैनोसेकंड हो गया, जिसका अर्थ है कि वाहक ट्रैपिंग में काफी कमी आई और निष्क्रियता की गुणवत्ता में काफी सुधार हुआ। एएचपी द्वारा उपचारित फिल्मों के विपरीत, जो वृहद पैमाने पर असमान जमाव और दोष प्रदर्शित करती हैं, एलसीपी उपचार के परिणामस्वरूप नमी, गर्मी और यूवी विकिरण के प्रति बेहतर प्रतिरोध की विशेषता वाली निरंतर हाइड्रोफोबिक फिल्में बनती हैं।
टिकाऊपन: पहेली का गुम टुकड़ा
दक्षता केवल आधी कहानी है। किसी भी फोटोवोल्टिक तकनीक को व्यावसायिक रूप से सफल होने के लिए, उसे दशकों तक वास्तविक विश्व मौसम का सामना करना होगा। यहां, एलसीपी दृष्टिकोण ने समान रूप से आश्चर्यजनक परिणाम दिए।
अंतर्राष्ट्रीय इलेक्ट्रोटेक्निकल कमीशन (IEC) मानक परीक्षणों में, LCP{0}}उपचारित मॉड्यूल ने उल्लेखनीय लचीलापन दिखाया। 1,300 घंटों की नमी {4}गर्मी के संपर्क में रहने के बाद, एलसीपी मॉड्यूल ने अपनी प्रारंभिक दक्षता का केवल 2% खो दिया {{6}जबकि एएचपी {8}उपचारित मॉड्यूल के लिए यह 39% था। 300 थर्मल चक्रों के बाद, गिरावट नगण्य थी। 2,200 घंटों की अधिकतम पावर पॉइंट ट्रैकिंग के बाद, मॉड्यूल ने अपनी प्रारंभिक दक्षता का 96% बरकरार रखा। उन्होंने यूवी उम्र बढ़ने के बाद भी 95% प्रारंभिक प्रदर्शन बरकरार रखा। सभी LCP{{18}संशोधित मॉड्यूल ने पूर्ण IEC 61215 विश्वसनीयता परीक्षण सूट - को पारित कर दिया है, जो स्थलीय फोटोवोल्टिक मॉड्यूल के स्थायित्व को अर्हता प्राप्त करने के लिए उपयोग किया जाने वाला अंतर्राष्ट्रीय मानक है। फ़ील्ड मॉनिटरिंग से पता चला कि उनका विशिष्ट ऊर्जा उत्पादन सिलिकॉन TOPCon मॉड्यूल से अधिक था।
यह सौर उद्योग के लिए क्यों मायने रखता है?
इस सफलता का वैश्विक सौर उद्योग पर गहरा प्रभाव पड़ा है।
सबसे पहले, यह दर्शाता है कि पेरोव्स्काइट फोटोवोल्टेइक को सख्ती से नियंत्रित निष्क्रिय वातावरण की आवश्यकता के बजाय परिवेशीय वायु प्रसंस्करण का उपयोग करके निर्मित किया जा सकता है। इससे औद्योगिक पैमाने पर उत्पादन में आने वाली एक बड़ी लागत बाधा दूर हो जाती है।
दूसरा, यह दृष्टिकोण निष्क्रियता को संबोधित करता है, जिसने लंबे समय तक विशुद्ध रूप से दोषपूर्ण अवरूद्ध उपचार परतों के लाभ को सीमित कर दिया है। इलेक्ट्रॉनिक दोषों को दबाने और पूरे इंटरफ़ेस में वाहक परिवहन को बढ़ाने से, एलसीपी रणनीति वह हासिल करती है जिसे कई लोग असंभव मानते हैं: बड़े पैमाने पर बेहतर प्रदर्शन।
तीसरा, और शायद सबसे महत्वपूर्ण बात, उत्पादन और परीक्षण किए गए 150 मॉड्यूल के साथ मीटर{0}पैमाने{{1}पर टीम की सफलता यह साबित करती है कि प्रौद्योगिकी को अनुसंधान कोशिकाओं से विनिर्माण में {{4}प्रासंगिक आर्किटेक्चर में अनुवादित किया जा सकता है। जैसा कि शोधकर्ताओं ने उल्लेख किया है, उनके परिणाम एक विनिर्माण रणनीति का प्रदर्शन करते हैं जो जानबूझकर इंजीनियर की गई सतह रसायन विज्ञान को एक स्थिर, परिवेशीय {{6}संगत पासिवेटर - के साथ जोड़ती है, एक ऐसा दृष्टिकोण जो अत्यधिक अनुकूलित प्रयोगशाला पेरोव्स्काइट कोशिकाओं और निरंतर, औद्योगिक - स्केल कोटिंग द्वारा बनाए गए मॉड्यूल के बीच अंतर को बंद करने में मदद कर सकता है।
आगे का रास्ता
बड़े क्षेत्र के पेरोव्स्काइट मॉड्यूल के लिए 24% दक्षता मील का पत्थर एक समापन बिंदु नहीं है - यह एक मार्ग बिंदु है। उद्योग पर्यवेक्षकों का कहना है कि निरंतर शोधन के साथ, 26% दक्षता प्राप्त करने वाले 2-3 वर्ग मीटर के वाणिज्यिक मॉड्यूल पहुंच के भीतर हैं। इस बीच, टेंडेम पेरोव्स्काइट {{8}सिलिकॉन और सभी -पेरोव्स्काइट टेंडेम आर्किटेक्चर सीमाओं को आगे बढ़ाना जारी रखते हैं, कुछ कॉन्फ़िगरेशन पहले से ही छोटे पैमाने पर 26% दक्षता से अधिक हैं।
नानजिंग यूनिवर्सिटी -रेनशाइन सोलर सहयोग ने यह साबित कर दिया है कि पेरोव्स्काइट फोटोवोल्टेइक अब केवल एक प्रयोगशाला जिज्ञासा नहीं रह गई है। वे विनिर्माण योग्य, टिकाऊ और तेजी से कुशल वास्तविकता बन रहे हैं। जैसे-जैसे दुनिया अपनी ऊर्जा प्रणालियों को डीकार्बोनाइज करने के लिए दौड़ रही है, यह सफलता एक शक्तिशाली अनुस्मारक प्रदान करती है कि सौर प्रौद्योगिकी की अगली पीढ़ी दशकों दूर नहीं है। इसे अभी बनाया जा रहा है, एक समय में एक रिकॉर्ड।
