വൈദ്യുതി ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്നതിന് സൗരോർജ്ജം ഉപയോഗിക്കുന്നതിൽ പുരോഗതി

ഓൾ-പെറോവ്‌സ്‌കൈറ്റ് ടാൻഡം എന്ന നോവലിനെ പഠനം വിവരിക്കുന്നു സോളാർ വൈദ്യുതോർജ്ജം ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്നതിന് സൂര്യൻ്റെ ഊർജ്ജം പ്രയോജനപ്പെടുത്തുന്നതിന് ചെലവുകുറഞ്ഞതും കൂടുതൽ കാര്യക്ഷമവുമായ മാർഗ്ഗം നൽകാൻ കഴിവുള്ള സെൽ

പുനരുൽപ്പാദിപ്പിക്കാനാവാത്ത ഉറവിടത്തിൽ ഞങ്ങളുടെ ആശ്രയം ഊര്ജം കൽക്കരി, എണ്ണ, വാതകം തുടങ്ങിയ ഫോസിൽ ഇന്ധനങ്ങൾ മനുഷ്യരാശിയിലും പരിസ്ഥിതിയിലും വലിയ പ്രതികൂല സ്വാധീനം ചെലുത്തിയിട്ടുണ്ട്. ഫോസിൽ ഇന്ധനങ്ങൾ കത്തിക്കുന്നത് ഹരിതഗൃഹ പ്രഭാവം വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ആഗോളതാപനത്തിന് കാരണമാവുകയും ആവാസവ്യവസ്ഥയെ നശിപ്പിക്കുകയും വായു, ജലം, ഭൂമി മലിനീകരണം എന്നിവ ഉണ്ടാക്കുകയും പൊതുജനാരോഗ്യത്തെ ബാധിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. സഹായിക്കാൻ കഴിയുന്ന സുസ്ഥിര സാങ്കേതികവിദ്യ കെട്ടിപ്പടുക്കേണ്ടത് അടിയന്തിര ആവശ്യമാണ് ശക്തി ലോകം ശുദ്ധമായ ഊർജ്ജം ഉപയോഗിക്കുന്നു. സൗരോർജ്ജം സൂര്യൻ്റെ പ്രകാശത്തെ - ഏറ്റവും സമൃദ്ധമായ പുനരുൽപ്പാദിപ്പിക്കാവുന്ന ഊർജ്ജ സ്രോതസ്സായ - ഉപയോഗപ്പെടുത്താനും അതിനെ വൈദ്യുതോർജ്ജമോ ശക്തിയോ ആക്കാനും കഴിവുള്ള ഒരു രീതിയാണ് സാങ്കേതികവിദ്യ. യുടെ പ്രയോജനകരമായ ഘടകങ്ങൾ സോളാർ മനുഷ്യർക്കും പരിസ്ഥിതിക്കും പ്രയോജനം ചെയ്യുന്നതിൻ്റെ കാര്യത്തിൽ ഊർജ്ജത്തിൻ്റെ ഉപയോഗം പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കുന്നതിൽ ഒരു പ്രധാന പങ്ക് വഹിച്ചിട്ടുണ്ട് സോളാർ ഊർജ്ജം

സിലിക്കൺ നിർമ്മിക്കാൻ സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്ന വസ്തുവാണ് സോളാർ സെല്ലുകൾ സൌരോര്ജ പാനലുകൾ ഇന്ന് വിപണിയിൽ ലഭ്യമായവ. ഫോട്ടോവോൾട്ടേയിക് പ്രക്രിയ സോളാർ അധിക ഇന്ധനം ഉപയോഗിക്കാതെ തന്നെ സൂര്യപ്രകാശത്തെ വൈദ്യുതിയാക്കി മാറ്റാൻ കോശങ്ങൾക്ക് കഴിയും. സിലിക്കണിൻ്റെ രൂപകൽപ്പനയും കാര്യക്ഷമതയും സോളാർ നിർമ്മാണത്തിലെയും സാങ്കേതികവിദ്യയിലെയും പുരോഗതി കാരണം പതിറ്റാണ്ടുകളായി പാനലുകൾ ഗണ്യമായി മെച്ചപ്പെട്ടു. എ യുടെ ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്ക് കാര്യക്ഷമത സോളാർ സൂര്യപ്രകാശത്തിൻ്റെ രൂപത്തിലുള്ളതും വൈദ്യുതിയാക്കി മാറ്റാവുന്നതുമായ ഊർജ്ജത്തിൻ്റെ ഭാഗമാണ് സെൽ എന്ന് നിർവചിച്ചിരിക്കുന്നത്. ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്‌ക്ക് കാര്യക്ഷമതയും മൊത്തത്തിലുള്ള ചെലവുകളും രണ്ട് പ്രധാന പരിമിതി ഘടകങ്ങളാണ് സോളാർ ഇന്ന് പാനലുകൾ.

സിലിക്കൺ ഒഴികെ സോളാർ കോശങ്ങൾ, ടാൻഡം സോളാർ സൂര്യൻ്റെ സ്പെക്ട്രത്തിൻ്റെ എല്ലാ വിഭാഗങ്ങൾക്കും ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്ത പ്രത്യേക സെല്ലുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്ന സെല്ലുകളും ലഭ്യമാണ്, അതുവഴി മൊത്തത്തിലുള്ള കാര്യക്ഷമത വർദ്ധിപ്പിക്കും. സൂര്യപ്രകാശത്തിൽ നിന്ന് ഉയർന്ന ഊർജമുള്ള നീല ഫോട്ടോണുകൾ ആഗിരണം ചെയ്യുന്നതിൽ പെറോവ്‌സ്‌കൈറ്റുകൾ എന്ന പദാർത്ഥം സിലിക്കണേക്കാൾ മികച്ചതായി കണക്കാക്കപ്പെടുന്നു, അതായത് സൂര്യൻ്റെ സ്പെക്ട്രത്തിൻ്റെ മറ്റൊരു ഭാഗം. പെറോവ്‌സ്‌കൈറ്റുകൾ പോളിക്രിസ്റ്റലിൻ മെറ്റീരിയലാണ് (സാധാരണയായി മെത്തിലാമോണിയം ലെഡ് ട്രൈഹാലൈഡ് (CH3NH3PbX3, ഇവിടെ X എന്നത് അയഡിൻ, ബ്രോമിൻ അല്ലെങ്കിൽ ക്ലോറിൻ ആറ്റമാണ്). പെറോവ്‌സ്‌കൈറ്റുകൾ സൂര്യപ്രകാശം ആഗിരണം ചെയ്യുന്ന പാളികളിലേക്ക് പ്രോസസ്സ് ചെയ്യുന്നത് എളുപ്പമാണ്. നേരത്തെയുള്ള പഠനങ്ങൾ സിലിക്കണും പെറോവ്‌സ്‌കൈറ്റുകളും സോളാർ സെല്ലുകളായി സംയോജിപ്പിച്ചിരുന്നു. പെറോവ്‌സ്‌കൈറ്റ് സെല്ലുകൾക്കൊപ്പം മഞ്ഞ, ചുവപ്പ്, ഇൻഫ്രാറെഡ് ഫോട്ടോണുകൾ എന്നിവ ആഗിരണം ചെയ്യാൻ കഴിയുന്ന മുകൾഭാഗം വൈദ്യുതി ഉൽപ്പാദനം ഇരട്ടിയാക്കുന്നു.

പ്രസിദ്ധീകരിച്ച ഒരു പുതിയ പഠനത്തിൽ ശാസ്ത്രം മെയ് 3 ന് ഗവേഷകർ ആദ്യമായി എല്ലാ പെറോവ്‌സ്‌കൈറ്റുകളും ടാൻഡം സോളാർ സെല്ലുകളും വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു, അത് 25 ശതമാനം വരെ കാര്യക്ഷമത നൽകുന്നു. ഈ മെറ്റീരിയലിനെ ലെഡ്-ടിൻ മിക്സഡ് ലോ-ബാൻഡ് ഗ്യാപ്പ് പെറോവ്സ്കൈറ്റ് ഫിലിം ((FASnI3)0.6 MAPbI3)0.4 എന്ന് വിളിക്കുന്നു; ഫോർമിഡിനിയത്തിന് എഫ്എയും മെത്തിലാമോണിയത്തിന് എംഎയും). വായുവിൽ നിന്നുള്ള ഓക്സിജനുമായി പ്രതിപ്രവർത്തിച്ച് ക്രിസ്റ്റലിൻ ലാറ്റിസിൽ വൈകല്യങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നതിൻ്റെ പോരായ്മ ടിന്നിനുണ്ട്, ഇത് വൈദ്യുത ചാർജിൻ്റെ ചലനത്തെ തടസ്സപ്പെടുത്തും. സോളാർ സെൽ അതുവഴി സെല്ലിൻ്റെ കാര്യക്ഷമത പരിമിതപ്പെടുത്തുന്നു. പെറോവ്‌സ്‌കൈറ്റിലെ ടിൻ ഓക്‌സിജനുമായി പ്രതികരിക്കുന്നത് തടയാൻ ഗവേഷകർ ഒരു വഴി കണ്ടെത്തി. ലെഡ്-ടിൻ മിക്സഡ് ലോ-ബാൻഡ് ഗ്യാപ്പ് പെറോവ്‌സ്‌കൈറ്റ് ഫിലിമുകളുടെ ഘടനാപരവും ഒപ്‌റ്റോഇലക്‌ട്രോണിക് ഗുണങ്ങളും ഗണ്യമായി മെച്ചപ്പെടുത്താൻ അവർ ഗുവാനിഡിനിയം തയോസയനേറ്റ് എന്ന രാസ സംയുക്തം ഉപയോഗിച്ചു. ഗ്വാനിഡിനിയം തയോസയനേറ്റ് എന്ന സംയുക്തം പെറോവ്‌സ്‌കൈറ്റ് ക്രിസ്റ്റലൈറ്റുകളെ പൂശുന്നു സോളാർ ഫിലിമിനെ ആഗിരണം ചെയ്യുന്നു, അങ്ങനെ ഓക്സിജൻ ടിന്നുമായി പ്രതിപ്രവർത്തിക്കുന്നത് അകത്തേക്ക് പോകുന്നത് തടയുന്നു. ഇത് സോളാർ സെല്ലിൻ്റെ കാര്യക്ഷമത 18 മുതൽ 20 ശതമാനം വരെ വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു. കൂടാതെ, ഈ പുതിയ മെറ്റീരിയൽ പരമ്പരാഗതമായി ഉപയോഗിക്കുന്ന ഉയർന്ന പെറോവ്‌സ്‌കൈറ്റ് പാളിയുമായി സംയോജിപ്പിച്ചപ്പോൾ, കാര്യക്ഷമത 25 ശതമാനമായി വർദ്ധിച്ചു.

എല്ലാ പെറോവ്‌സ്‌കൈറ്റ് നേർത്ത-ഫിലിമുകളും ഉപയോഗിച്ച് ടാൻഡം സോളാർ സെല്ലുകളുടെ രൂപകൽപ്പനയെക്കുറിച്ച് നിലവിലെ പഠനം വിവരിക്കുന്നു, ഈ സാങ്കേതികവിദ്യ ഒരു ദിവസം സോളാർ സെല്ലുകളിലെ സിലിക്കണിനെ മാറ്റിസ്ഥാപിക്കും. സിലിക്കൺ, സിലിക്കൺ-പെറോവ്‌സ്‌കൈറ്റുകൾ ടാൻഡം സെല്ലുകളുമായി താരതമ്യം ചെയ്യുമ്പോൾ പുതിയ മെറ്റീരിയൽ ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ളതും ചെലവുകുറഞ്ഞതും നിർമ്മാണം ലളിതവുമാണ്. സിലിക്കണുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ പെറോവ്‌സ്‌കൈറ്റുകൾ മനുഷ്യനിർമ്മിത വസ്തുവാണ്, പെറോവ്‌സ്‌കൈറ്റുകൾ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള സോളാർ പാനലുകൾ വഴക്കമുള്ളതും ഭാരം കുറഞ്ഞതും അർദ്ധ സുതാര്യവുമാണ്. നിലവിലെ മെറ്റീരിയൽ സിലിക്കൺ-പെറോവ്‌സ്‌കൈറ്റ് സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ കാര്യക്ഷമതയെ മറികടക്കാൻ കുറച്ച് സമയമെടുക്കുമെങ്കിലും. എന്നിരുന്നാലും, പെറോവ്‌സ്‌കൈറ്റ് അധിഷ്‌ഠിതമായ പോളിക്രിസ്റ്റലിൻ ഫിലിമുകൾക്ക് ടാൻഡം സോളാർ സെല്ലുകൾ രൂപകൽപ്പന ചെയ്യാനുള്ള കഴിവുണ്ട്, അത് മറ്റ് ഘടകങ്ങളെ തടസ്സപ്പെടുത്താതെ 30 ശതമാനം വരെ കാര്യക്ഷമത നൽകുന്നു. പരിസ്ഥിതിയിലെ ആഘാതം കുറയ്ക്കുന്നതിന് മെറ്റീരിയൽ കരുത്തുറ്റതും കൂടുതൽ സ്ഥിരതയുള്ളതും പുനരുപയോഗം ചെയ്യാവുന്നതുമാക്കുന്നതിന് കൂടുതൽ പഠനങ്ങൾ ആവശ്യമാണ്. സൗരോർജ്ജ മേഖല അതിവേഗം വളരുന്ന ഒന്നാണ്, ശുദ്ധമായ ഊർജത്തിന് ഒരു വാഗ്ദാനമായ ബദൽ കണ്ടെത്തുക എന്നതാണ് ആത്യന്തിക ലക്ഷ്യം.

***

{ഉദ്ധരിച്ച ഉറവിടങ്ങളുടെ(കളുടെ) ലിസ്റ്റിൽ താഴെ നൽകിയിരിക്കുന്ന DOI ലിങ്കിൽ ക്ലിക്ക് ചെയ്ത് നിങ്ങൾക്ക് യഥാർത്ഥ ഗവേഷണ പ്രബന്ധം വായിക്കാവുന്നതാണ്}

ഉറവിടം (ങ്ങൾ)

ടോങ് ജെ തുടങ്ങിയവർ. Sn-Pb പെറോവ്‌സ്‌കൈറ്റുകളിലെ 2019 കാരിയർ ലൈഫ് ടൈം 1 μs കാര്യക്ഷമമായ ഓൾ-പെറോവ്‌സ്‌കൈറ്റ് ടാൻഡം സോളാർ സെല്ലുകളെ പ്രവർത്തനക്ഷമമാക്കുന്നു. സയൻസ്, 364 (6439). https://doi.org/10.1126/science.aav7911