लचीले सौर सेलों की विद्युत रूपांतरण क्षमता में उल्लेखनीय सुधार हुआ है!

हाल ही में, चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज के क़िंगदाओ इंस्टीट्यूट ऑफ बायोएनर्जी एंड बायोप्रोसेस टेक्नोलॉजी (क्यूआईबीईबीटी) के शोधकर्ताओं ने पारंपरिक सौर कोशिकाओं के समान दक्षता स्तर हासिल करते हुए, टर्नरी ऑर्गेनिक सौर कोशिकाओं (टीओएससी) में उपयोग की जाने वाली सामग्रियों में सुधार किया है। यह शोध "एडवांस्ड मैटेरियल्स" पत्रिका में प्रकाशित हुआ था। कार्बनिक फोटोवोल्टिक सौर सेल (ओएससी) एक प्रकार के सौर सेल हैं जो क्रिस्टलीय सिलिकॉन या अन्य अकार्बनिक सामग्री का उपयोग करने वाले पारंपरिक अकार्बनिक सौर कोशिकाओं के विपरीत, कार्बनिक पदार्थों, आमतौर पर छोटे अणुओं या पॉलिमर का उपयोग करके सूर्य के प्रकाश को बिजली में परिवर्तित करते हैं।

जैविक सौर कोशिकाओं का एक मुख्य लाभ उनकी बहुमुखी प्रतिभा और हल्के वजन की प्रकृति है। इन्हें इंकजेट प्रिंटिंग जैसी समाधान-आधारित तकनीकों का उपयोग करके कम लागत पर उत्पादित किया जा सकता है, जो कठोर पैनलों के बजाय लचीले रोल की अनुमति देता है। परिणामस्वरूप, उन्हें सेंसर, पोर्टेबल चार्जर और पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों जैसे विभिन्न क्षेत्रों में अनुप्रयोग मिलते हैं। ओएससी अर्ध-पारदर्शी या रंगीन भी हो सकते हैं, जो उन्हें सौंदर्य की दृष्टि से मनभावन और इमारतों, खिड़कियों और अन्य संरचनाओं में एकीकरण के लिए उपयुक्त बनाते हैं।

हालाँकि, अकार्बनिक सौर कोशिकाओं की तुलना में, कार्बनिक सौर कोशिकाओं में कम बिजली रूपांतरण क्षमता (पीसीई) होती है, जिसे टीओएससी का लक्ष्य सुधारना है। मानक बाइनरी कार्बनिक सौर कोशिकाओं में एक दाता सामग्री और एक स्वीकर्ता सामग्री शामिल होती है, लेकिन टीओएससी अलग है क्योंकि इसमें एक तीसरा घटक शामिल होता है जिसे "अतिथि" सामग्री के रूप में जाना जाता है।

इस अतिथि घटक का समावेश सौर सेल प्रदर्शन के विभिन्न पहलुओं को बढ़ाने के लिए महत्वपूर्ण है, जैसे सेल के आंतरिक ऊर्जा प्रवाह को बदलना और सेल प्रकाश को बिजली में कैसे परिवर्तित करता है इसका अनुकूलन करना। पीसीई को बढ़ाने के लिए अतिथि घटक विशेष रूप से महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह प्रकाश के स्पेक्ट्रम को विस्तृत कर सकता है जिसे सौर सेल अवशोषित कर सकता है। अतिथि सामग्रियों का चयन करके जो दाता या स्वीकर्ता सामग्रियों द्वारा कवर नहीं किए गए क्षेत्रों में प्रकाश को अवशोषित करते हैं, सेल की समग्र प्रकाश अवशोषण क्षमता में सुधार किया जा सकता है। यह मिश्रित फिल्म की आकृति विज्ञान को ठीक करने की भी अनुमति देता है, जो एक्साइटन पृथक्करण, चार्ज उत्पादन और परिवहन को प्रभावित करता है।

यह देखते हुए कि अतिथि घटक कई अलग-अलग गतिविधियाँ कर सकते हैं, सौर सेल "सैंडविच" या मैट्रिक्स के भीतर उनका सटीक स्थान प्रदर्शन पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालता है। अतिथि घटक के लिए तीन संभावित स्थान हैं: दाता सामग्री के भीतर एम्बेडेड, स्वीकर्ता सामग्री के भीतर एम्बेडेड, या दाता और स्वीकर्ता के बीच इंटरफ़ेस पर फैला हुआ, मिश्र धातु जैसी मिश्रित संरचनाएं (समुच्चय) बनाना। हालाँकि, हाल तक, अतिथि घटक की स्थिति पर अपेक्षाकृत कम प्रयोगात्मक विचार किया गया है।

अपने शोध में, वैज्ञानिकों ने TOSC में LA1 नामक अतिथि घटक का उपयोग किया, जो क्रिस्टलीयता के मामले में अन्य अतिथि घटक सामग्रियों से भिन्न है। LA1 एक छोटा अणु स्वीकर्ता है, और शोधकर्ताओं ने इसे फेनिलएल्काइल साइड चेन के साथ संशोधित किया है, जो एक कार्यात्मक समूह है जो आमतौर पर फोटोवोल्टिक प्रणालियों के लिए कार्बनिक पदार्थों में उपयोग किया जाता है।

फेनिलएल्काइल साइड चेन को शामिल करने के लिए LA1 के संशोधन ने पर्याप्त अनुकूलता बनाए रखते हुए क्रिस्टलीयता और संरेखण दोनों में वृद्धि की, जिसके परिणामस्वरूप TOSC प्रदर्शन में वृद्धि हुई।

इसके अतिरिक्त, शोधकर्ताओं ने मेजबान और अतिथि घटकों के बीच बातचीत को प्रभावित करने वाले चर को बदलकर अतिथि घटक के वितरण को नियंत्रित किया, जैसे कि मेजबान/अतिथि अनुकूलता, सतह ऊर्जा, क्रिस्टलीय कैनेटीक्स और अंतर-आणविक इंटरैक्शन। उन्हें अधिकांश अतिथि अणुओं में मिश्र धातु जैसे समुच्चय मिले, जो पूरे मेजबान मैट्रिक्स में घुसपैठ और फैल गए।

इन एकीकृत होस्ट/अतिथि "मिश्र धातुओं" के क्रिस्टलीय आकार को चार्ज ट्रांसफर को बढ़ाने और चार्ज पुनर्संयोजन को दबाने के लिए आसानी से ट्यून किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप प्रारंभिक पीसीई में 15% से अधिक की वृद्धि होगी। इसके बाद, अतिथि घटक को मुख्य घटक के रूप में Y6 श्रृंखला स्वीकर्ता के साथ जोड़कर, उन्होंने 19% से भी अधिक दक्षता में वृद्धि हासिल की।

शोधकर्ताओं का मानना ​​है कि उन्होंने महत्वपूर्ण प्रायोगिक सफलता हासिल की है, लेकिन भविष्य में इन लाभों को चलाने वाले अंतर्निहित कारकों की बेहतर समझ की आवश्यकता है। वे इन मूलभूत प्रणालियों के बारे में गहन जानकारी प्राप्त करने की आशा करते हैं।

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