నార్త్‌వెస్ట్రన్ విశ్వవిద్యాలయ శాస్త్రవేత్తలు పెరోవ్‌స్కైట్ సౌర ఘటాల జీవితాన్ని గణనీయంగా పొడిగించే కొత్త రక్షణ పూతను అభివృద్ధి చేశారు, వాటిని ప్రయోగశాల వెలుపల అనువర్తనాలకు మరింత ఆచరణాత్మకంగా మార్చారు.
సాంప్రదాయ సిలికాన్ సౌర ఘటాల కంటే పెరోవ్‌స్కైట్ సౌర ఘటాలు మరింత సమర్థవంతమైనవి మరియు తక్కువ ఖర్చుతో కూడుకున్నవి అయినప్పటికీ, పెరోవ్‌స్కైట్ ఇప్పటి వరకు, దాని దీర్ఘకాలిక స్థిరత్వం లేకపోవడం వల్ల పరిమితం చేయబడింది. సాధారణంగా, పెరోవ్‌స్కైట్ సౌర ఘటాలు సామర్థ్యాన్ని పెంచడానికి అమ్మోనియం-ఆధారిత పూత పొరను ఉపయోగిస్తాయి. ప్రభావవంతంగా ఉన్నప్పుడు, అమ్మోనియం-ఆధారిత పొరలు వేడి మరియు తేమ వంటి పర్యావరణ ఒత్తిడిలో క్షీణిస్తాయి.
వాయువ్య పరిశోధకులు ఇప్పుడు మరింత బలమైన పొరను అభివృద్ధి చేశారు — అమిడినియం ఆధారంగా.
ప్రయోగాలలో, కొత్త పూత సంప్రదాయ అమ్మోనియం ఆధారిత పూతలతో పోలిస్తే కుళ్ళిపోవడానికి 10 రెట్లు ఎక్కువ నిరోధకతను కలిగి ఉంది. ఇంకా మంచిది: అమిడినియం-పూతతో కూడిన కణాలు సెల్ యొక్క Tని మూడు రెట్లు పెంచాయి90 జీవితకాలం — కఠినమైన పరిస్థితులకు గురైనప్పుడు సెల్ యొక్క సామర్థ్యం దాని ప్రారంభ విలువలో 90% పడిపోవడానికి పట్టే సమయం.
ఈ పరిశోధన శుక్రవారం (నవంబర్ 22) జర్నల్‌లో ప్రచురించబడుతుంది సైన్స్.
“ఈ క్షేత్రం పెరోవ్‌స్కైట్ సౌర ఘటాల స్థిరత్వంపై చాలా కాలంగా పనిచేస్తోంది” అని అధ్యయనానికి సహ-నాయకత్వం వహించిన నార్త్‌వెస్టర్న్ బిన్ చెన్ చెప్పారు. “ఇప్పటివరకు, చాలా నివేదికలు రక్షిత పొరలను పట్టించుకోకుండా పెరోవ్‌స్కైట్ పదార్థం యొక్క స్థిరత్వాన్ని మెరుగుపరచడంపై దృష్టి సారించాయి. రక్షిత పొరను మెరుగుపరచడం ద్వారా, మేము సౌర ఘటాల మొత్తం పనితీరును మెరుగుపరచగలిగాము.”
“ఈ పని పెరోవ్‌స్కైట్ సౌర ఘటాలను విస్తృతంగా స్వీకరించడానికి ఒక క్లిష్టమైన అడ్డంకులను పరిష్కరిస్తుంది – వాస్తవ-ప్రపంచ పరిస్థితులలో స్థిరత్వం” అని అధ్యయనానికి సహ-నాయకత్వం వహించిన నార్త్‌వెస్ట్రన్ యొక్క మెర్కోరి కనాట్జిడిస్ అన్నారు. “రక్షణ పొరలను రసాయనికంగా బలోపేతం చేయడం ద్వారా, మేము ఈ కణాల యొక్క మన్నికను వాటి అసాధారణ సామర్థ్యాన్ని రాజీ పడకుండా గణనీయంగా అభివృద్ధి చేసాము, సిలికాన్ ఆధారిత ఫోటోవోల్టాయిక్స్‌కు ఆచరణాత్మకమైన, తక్కువ-ధర ప్రత్యామ్నాయానికి మమ్మల్ని దగ్గరగా తీసుకువస్తున్నాము.”
చెన్ నార్త్‌వెస్టర్న్‌లోని వీన్‌బెర్గ్ కాలేజ్ ఆఫ్ ఆర్ట్స్ అండ్ సైన్సెస్‌లో కెమిస్ట్రీ యొక్క రీసెర్చ్ అసోసియేట్ ప్రొఫెసర్. అతను టెడ్ సార్జెంట్, లిన్ హాప్టన్ డేవిస్ మరియు వీన్‌బెర్గ్‌లోని కెమిస్ట్రీ ప్రొఫెసర్ మరియు గ్రెగ్ డేవిస్ మరియు మెక్‌కార్మిక్ స్కూల్ ఆఫ్ ఇంజనీరింగ్‌లో ఎలక్ట్రికల్ మరియు కంప్యూటర్ ఇంజనీరింగ్ ప్రొఫెసర్ మరియు కనాట్జిడిస్, చార్లెస్ ఇ. మరియు ఎమ్మా హెచ్. మోరిసన్ కెమిస్ట్రీ ప్రొఫెసర్‌లతో కలిసి అధ్యయనానికి నాయకత్వం వహించారు. వీన్‌బర్గ్ వద్ద. సార్జెంట్ మరియు కనాట్జిడిస్ సహ-సలహా పొందిన పోస్ట్‌డాక్టోరల్ ఫెలో అయిన యి యాంగ్ పేపర్ యొక్క మొదటి రచయిత.
సిలికాన్‌కు ప్రత్యామ్నాయంగా పెరోవ్‌స్కైట్
దశాబ్దాలుగా వాడుకలో, సౌర ఘటాలలో కాంతి-శోషక పొర కోసం సిలికాన్ సాధారణంగా ఉపయోగించే పదార్థం. సిలికాన్ మన్నికైనది మరియు నమ్మదగినది అయినప్పటికీ, అది ఉత్పత్తి చేయడం ఖరీదైనది మరియు దాని సామర్థ్యం యొక్క గరిష్ట స్థాయికి చేరుకుంటుంది. తక్కువ ధర మరియు అధిక సామర్థ్యం గల సౌర ఘటం కోసం అన్వేషణలో, పరిశోధకులు ఇటీవల స్ఫటికాకార సమ్మేళనాల కుటుంబమైన పెరోవ్‌స్కైట్‌లను అన్వేషించడం ప్రారంభించారు.
ఇది సిలికాన్‌కు తక్కువ ఖర్చుతో కూడిన ప్రత్యామ్నాయంగా వాగ్దానాన్ని ప్రదర్శిస్తున్నప్పటికీ, పెరోవ్‌స్కైట్ సాపేక్షంగా తక్కువ జీవితకాలం కలిగి ఉంది. సూర్యరశ్మికి ఎక్కువ కాలం బహిర్గతం కావడం, విపరీతమైన ఉష్ణోగ్రత హెచ్చుతగ్గులు, తేమ మరియు తేమ ఇవన్నీ పెరోవ్‌స్కైట్ సౌర ఘటాలు కాలక్రమేణా క్షీణించటానికి కారణమవుతాయి.
ఈ సవాలును అధిగమించడానికి, పరిశోధకులు అమిడినియం లిగాండ్‌లు, స్థిరమైన అణువులను జోడించారు, ఇవి దీర్ఘకాలిక లోపం నిష్క్రియాత్మకత మరియు రక్షణ ప్రభావాలను అందించడానికి పెరోవ్‌స్కైట్‌తో సంకర్షణ చెందుతాయి. అమ్మోనియం-ఆధారిత అణువులు మూడు హైడ్రోజన్ అణువులతో మరియు ఒక కార్బన్-కలిగిన సమూహంతో చుట్టుముట్టబడిన నైట్రోజన్ అణువును కలిగి ఉంటాయి, అయితే అమిడినియం-ఆధారిత అణువులు రెండు అమైనో సమూహాలతో బంధించబడిన కేంద్ర కార్బన్ అణువును కలిగి ఉంటాయి. వాటి నిర్మాణం ఎలక్ట్రాన్లు సమానంగా వ్యాప్తి చెందడానికి అనుమతిస్తుంది కాబట్టి, అమిడినియం అణువులు కఠినమైన పరిస్థితుల్లో మరింత స్థితిస్థాపకంగా ఉంటాయి.
“స్టేట్-ఆఫ్-ది-ఆర్ట్ పెరోవ్‌స్కైట్ సౌర ఘటాలు సాధారణంగా అమ్మోనియం లిగాండ్‌లను నిష్క్రియ పొరగా కలిగి ఉంటాయి” అని యాంగ్ చెప్పారు. “కానీ అమ్మోనియం ఉష్ణ ఒత్తిడిలో విచ్ఛిన్నమవుతుంది. అస్థిరమైన అమ్మోనియంను మరింత స్థిరమైన అమిడినియంగా మార్చడానికి మేము కొంత రసాయన శాస్త్రం చేసాము.”
అమిడినేషన్ అని పిలువబడే ప్రక్రియ ద్వారా పరిశోధకులు ఈ మార్పిడిని చేసారు, దీనిలో అమ్మోనియం సమూహం మరింత స్థిరమైన అమిడినియం సమూహంతో భర్తీ చేయబడింది. ఈ ఆవిష్కరణ పెరోవ్‌స్కైట్ కణాలు కాలక్రమేణా విచ్ఛిన్నం కాకుండా నిరోధించింది — ముఖ్యంగా తీవ్రమైన వేడికి గురైనప్పుడు.
రికార్డు స్థాయి ఫలితాలు
ఫలితంగా వచ్చిన సౌర ఘటం ఆకట్టుకునే 26.3% సామర్థ్యాన్ని సాధించింది, అంటే 26.3% సూర్యరశ్మిని విజయవంతంగా విద్యుత్తుగా మార్చింది. పూతతో కూడిన సౌర ఘటం 1,100 గంటల పరీక్ష తర్వాత కఠినమైన పరిస్థితులలో దాని ప్రారంభ సామర్థ్యాన్ని 90% నిలుపుకుంది, ఇది T.90 వేడి మరియు కాంతికి గురైనప్పుడు జీవితకాలం మునుపటి కంటే మూడు రెట్లు ఎక్కువ.
ఈ ప్రయోగాలు సార్జెంట్ ల్యాబ్ నుండి మెరుగైన పెరోవ్‌స్కైట్ సోలార్ సెల్ పనితీరుకు తాజా ఉదాహరణగా గుర్తించబడ్డాయి. 2022లో, సార్జెంట్ బృందం పెరోవ్‌స్కైట్ సోలార్ సెల్‌ను అభివృద్ధి చేసింది, ఇది శక్తి సామర్థ్యం మరియు వోల్టేజ్ కోసం రికార్డులను బద్దలు కొట్టింది. 2023లో, అతని బృందం పెరోవ్‌స్కైట్ సోలార్ సెల్‌ను విలోమ నిర్మాణంతో పరిచయం చేసింది, ఇది దాని శక్తి సామర్థ్యాన్ని కూడా మెరుగుపరిచింది. మరియు ఈ సంవత్సరం ప్రారంభంలో, పెరోవ్‌స్కైట్ ఫిల్మ్‌లలోని లోపాలను తగ్గించడానికి సార్జెంట్ సమూహం ద్రవ స్ఫటికాలను చేర్చింది, ఇది మెరుగైన పరికర పనితీరుకు దారితీసింది.
“పెరోవ్‌స్కైట్-ఆధారిత సౌర ఘటాలు విద్యుత్ సరఫరా యొక్క డీకార్బోనైజేషన్‌కు దోహదపడగల సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటాయి, వాటి రూపకల్పనను పూర్తి చేసి, పనితీరు మరియు మన్నిక యొక్క యూనియన్‌ను సాధించి, పరికరాలను స్కేల్ చేసాము,” అని పౌలా M. ట్రైనెన్స్ ఇన్‌స్టిట్యూట్‌కు దర్శకత్వం వహించే సార్జెంట్ చెప్పారు. స్థిరత్వం మరియు శక్తి. “పెరోవ్‌స్కైట్ సౌర ఘటాల వాణిజ్యీకరణకు ప్రాథమిక అవరోధం వాటి దీర్ఘకాలిక స్థిరత్వం. కానీ దాని బహుళ-దశాబ్దాల ప్రారంభం కారణంగా, సిలికాన్ స్థిరత్వంతో సహా కొన్ని ప్రాంతాలలో ఇప్పటికీ ప్రయోజనాన్ని కలిగి ఉంది. మేము ఆ అంతరాన్ని మూసివేయడానికి కృషి చేస్తున్నాము.”
ఈ పరిశోధన నేరుగా జనరేట్ పిల్లర్‌తో ముడిపడి ఉంది — ట్రినెన్స్ ఇన్స్టిట్యూట్ సిక్స్ పిల్లర్స్ ఆఫ్ డీకార్బనైజేషన్. జనరేట్ పిల్లర్‌లో భాగంగా, అధిక సామర్థ్యం గల బహుళ-జంక్షన్ సౌర ఘటాలు మరియు తదుపరి తరం సోలార్ సెల్ మెటీరియల్‌లపై దృష్టి సారించడం ద్వారా నార్త్‌వెస్ట్రన్ కొత్త తరగతి సౌరశక్తి ఉత్పత్తిని నిర్మించడానికి కట్టుబడి ఉంది. కనాట్జిడిస్ స్తంభానికి అధ్యాపక సహ-అధ్యక్షుడు, మరియు చెన్ అమలుకు నాయకత్వం వహిస్తాడు.
