एकल-विखंडन सौर सेल: सूर्य के प्रकाश को बिजली में बदलने का एक कुशल तरीका

MIT के वैज्ञानिकों ने सिंगलेट एक्साइटन विखंडन विधि द्वारा मौजूदा सिलिकॉन सौर कोशिकाओं को संवेदनशील बनाया है। यह सौर कोशिकाओं की दक्षता को 18 प्रतिशत से 35 प्रतिशत तक बढ़ा सकता है जिससे ऊर्जा उत्पादन दोगुना हो जाता है जिससे सौर प्रौद्योगिकी की लागत कम हो जाती है।

जीवाश्म ईंधन पर हमारी निर्भरता को कम करना और एक स्थायी भविष्य के लिए प्रौद्योगिकियों का निर्माण करना अनिवार्य होता जा रहा है। सौर ऊर्जा का अक्षय स्रोत है ऊर्जा जहां सूर्य का प्रकाश विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित होता है। सौर कोशिकाएं आमतौर पर सिलिकॉन से बने होते हैं जो सूर्य के प्रकाश को बिजली में बदलने के लिए फोटोवोल्टिक प्रक्रिया का उपयोग करते हैं। अग्रानुक्रम कोशिकाओं को भी डिजाइन किया जा रहा है जिसमें आम तौर पर पेरोव्स्काइट्स कोशिकाएं शामिल होती हैं जहां सौर कोशिकाओं का प्रत्येक वर्ग अपने विविध स्पेक्ट्रम से सूर्य की ऊर्जा का उपयोग कर सकता है और इस प्रकार उच्च दक्षता प्राप्त कर सकता है। आज उपलब्ध सोलर सेल अपनी दक्षता से सीमित हैं जो कि सिर्फ 15-22 प्रतिशत है।

3 जुलाई को प्रकाशित एक अध्ययन प्रकृति दिखाया है कि कैसे सिलिकॉन सौर सिंगलेट एक्साइटन विखंडन नामक प्रभाव को लागू करके सेल की क्षमता को 35 प्रतिशत तक बढ़ाया जा सकता है। इस प्रभाव में प्रकाश का एक कण (फोटॉन) केवल एक के विपरीत दो इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़े उत्पन्न कर सकता है। 1970 के दशक में इसकी खोज के बाद से कई सामग्रियों में एकल एक्साइटन विखंडन देखा जाता है। वर्तमान अध्ययन का उद्देश्य इस प्रभाव को पहली बार व्यवहार्य सौर सेल में बदलना है।

Researchers transferred single exciton fission effect from tetracene – a known material which exhibits it – into crystalline silicon. This material tetracene is a hydrocarbon जैविक semiconductor. The transfer was achieved by placing an additional thin layer of hafnium oxynitride (8 angstrom) between excitonic tetracene layer and silicon solar cell and coupling them.

इस छोटे से हेफ़नियम ऑक्सिनिट्राइड परत ने एक पुल के रूप में काम किया और टेट्रासीन परत में उच्च ऊर्जा फोटॉनों की पीढ़ी को संभव बनाया, जिसके बाद सिलिकॉन सेल में दो इलेक्ट्रॉनों की रिहाई सामान्य के विपरीत हुई। सिलिकॉन सौर सेल के इस संवेदीकरण ने थर्मलकरण के नुकसान को कम किया और प्रकाश के प्रति बेहतर संवेदनशीलता को सक्षम किया। सौर कोशिकाओं का ऊर्जा उत्पादन दोगुना हो गया क्योंकि स्पेक्ट्रम के हरे और नीले भागों से अधिक उत्पादन उत्पन्न हुआ था। यह सौर कोशिकाओं की दक्षता को 35 प्रतिशत तक बढ़ा सकता है। प्रौद्योगिकी अग्रानुक्रम सौर कोशिकाओं से भिन्न होती है क्योंकि यह अतिरिक्त कोशिकाओं को जोड़े बिना सिलिकॉन में अधिक धारा जोड़ती है।

वर्तमान अध्ययन ने तात्कालिक एकल-विखंडन सिलिकॉन सौर कोशिकाओं का प्रदर्शन किया है जो बढ़ी हुई क्षमता प्रदर्शित कर सकते हैं और इस प्रकार सौर प्रौद्योगिकी की समग्र ऊर्जा उत्पादन लागत को कम कर सकते हैं।

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स्रोत (रों)

आइंजिंगर, एम. एट अल. 2019 टेट्रासीन में सिंगलेट एक्साइटन विखंडन द्वारा सिलिकॉन का संवेदीकरण। प्रकृति। 571. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1339-4