Corralling ions improves viability of next generation solar cells

پیرووسکائٹ مواد، جو ان کی کرسٹل لائن کی ساخت سے بیان کیا جاتا ہے، سلکان کی نسبت روشنی کو جذب کرنے میں بہتر ہیں۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ پیرووسکائٹ سولر سیل سیل کی روشنی کو بجلی میں تبدیل کرنے کی صلاحیت کو قربان کیے بغیر سلکان سولر سیلز سے پتلے اور ہلکے ہو سکتے ہیں۔

\”اس سے بہت ساری نئی ٹیکنالوجیز کا دروازہ کھلتا ہے، جیسے لچکدار، ہلکے وزن والے شمسی خلیات، یا تہہ دار شمسی خلیات (جنہیں ٹینڈم کہا جاتا ہے) جو آج کل نام نہاد شمسی فارموں میں استعمال ہونے والی شمسی کٹائی کی ٹیکنالوجی سے کہیں زیادہ کارآمد ہو سکتے ہیں۔\” دریافت پر ایک مقالے کے متعلقہ مصنف ارم اماسیئن کہتے ہیں۔ \”سیلیکون سولر سیل ٹیکنالوجیز میں پیرووسکائٹ مواد کو ضم کرنے میں دلچسپی ہے، جو موجودہ انفراسٹرکچر کا استعمال کرتے ہوئے ان کی کارکردگی کو 25٪ سے 40٪ تک بہتر بنائے گی۔\” Amassian نارتھ کیرولینا اسٹیٹ یونیورسٹی میں میٹریل سائنس اور انجینئرنگ کے پروفیسر ہیں۔

تاہم، پیرووسکائٹ مواد کے ساتھ کام کرنا ایک چیلنج ہے، کیونکہ — آج تک — پیرووسکائٹ شمسی خلیوں میں طویل مدتی آپریشنل استحکام کو برقرار رکھنا ممکن نہیں رہا ہے۔ پیرووسکائٹس آئنک مواد ہیں، اور جب پیرووسکائٹ پر وولٹیج کا اطلاق ہوتا ہے، تو یہ آئنوں کو مواد کے ذریعے منتقل کرنے کا سبب بنتا ہے۔ یہ ہجرت کرنے والے آئنوں کے بارے میں خیال کیا جاتا ہے کہ وہ مواد میں کیمیائی اور ساختی تبدیلیوں میں حصہ ڈالتے ہیں جو بالآخر مواد کو غیر موثر اور غیر مستحکم بنا دیتے ہیں۔ عملی پیرووسکائٹ شمسی خلیات بنانے کے لیے، محققین کو اس مسئلے کو حل کرنے کا راستہ تلاش کرنے کی ضرورت ہے۔

\”ہمیں پیرووسکائٹ مواد کے ذریعے آئنوں کو منتقل ہونے سے روکنے کا کوئی طریقہ نہیں ملا ہے، لیکن ہم ہے اس نے پایا کہ ان آئنوں کو ایک محفوظ نالی میں لے جانا ممکن ہے جو مواد کی ساختی سالمیت یا کارکردگی کو خراب نہیں کرتا ہے،\” Amassian کہتے ہیں۔ \”یہ ایک بڑا قدم ہے۔\”

محفوظ نالی، اس معاملے میں، ایک ایسی چیز ہے جسے اناج کی حد کہتے ہیں۔ پیرووسکائٹ مواد کثیر کرسٹل مواد ہیں. اس کا مطلب یہ ہے کہ جب آپ پیرووسکائٹ کو \”بڑھا\” رہے ہوتے ہیں، تو مادّہ کرسٹل کی ایک سیریز کے طور پر بنتا ہے — یا \”دانے\” — جو ایک دوسرے سے بھرے ہوتے ہیں۔ یہ اناج روشنی کو جذب کرنے اور برقی رو کے لیے ذمہ دار چارجز پیدا کرنے کے لیے ذمہ دار ہیں۔ ان اناج میں سے ہر ایک کی کرسٹل کی ساخت ایک جیسی ہوتی ہے، لیکن اناج کا رخ تھوڑا مختلف سمتوں میں ہو سکتا ہے۔ وہ علاقہ جہاں دانے چھوتے ہیں اسے اناج کی حد کہتے ہیں۔

\”ہم نے جو پایا ہے وہ یہ ہے کہ جب آئن بنیادی طور پر اناج کی حد کے ساتھ حرکت کرتے ہیں تو اناج خرابی سے بہتر طور پر محفوظ رہتے ہیں،\” پہلے مصنف اور اس سے متعلقہ مصنف مسعود قاسمی کہتے ہیں، جو NC اسٹیٹ کے ایک سابق پوسٹ ڈاکٹرل محقق ہیں جو اب پوسٹ ڈاکیٹرل ریسرچر ہیں۔ پین اسٹیٹ۔ \”پیروسکائٹ مواد کے بارے میں پہلے سے معلوم ہونے والی چیزوں کے ساتھ اس کو جوڑنا، یہ واضح ہے کہ مسائل اس وقت شروع ہوتے ہیں جب اناج کی حدود کمزور ہوتی ہیں، جس سے آئنوں کا خود اناج میں منتقل ہونا آسان ہو جاتا ہے۔ اناج کی حفاظت کرنے والی مضبوط اناج کی حدود کو ڈیزائن کرنا ضروری ہے جو اناج کی حفاظت کرتے ہیں، نقل مکانی کرنے والے آئنوں کو روکنے کے لیے ضروری ہے۔ اور دیگر نقصان دہ انواع جیسے آکسیجن کو دانوں میں داخل ہونے سے روکنا، مواد میں کیمیاوی اور ساختی تبدیلیوں کو کم کرنا۔\”

\”یہ ایک اہم بصیرت ہے، کیونکہ وہاں قائم تکنیکیں ہیں جو ہم پیرووسکائٹ مواد اور ان کے اناج کی حدود کو انجینئر کرنے کے لیے استعمال کر سکتے ہیں؛ اب ہم ان طریقوں کو اناج کی حفاظت کے لیے استعمال کر سکتے ہیں،\” اماسیئن کہتے ہیں۔ \”ہم یہ ظاہر کرتے ہیں کہ یہ تکنیکیں اس مقالے میں کس طرح اناج کی حدود کو مضبوط کرتی ہیں۔ مختصر میں، اب ہم جانتے ہیں کہ زیادہ مستحکم پیرووسکائٹس بنانے کے لیے کیا کرنے کی ضرورت ہے۔\”

یہ کام زیادہ موثر توانائی ذخیرہ کرنے والی ٹیکنالوجیز کی ترقی سے بھی آگاہ کر سکتا ہے۔

\”یہ کام ہماری بنیادی تفہیم کو آگے بڑھاتا ہے کہ آئن کسی بھی کرسٹل لائن مواد کے ذریعے کیسے حرکت کرتے ہیں جو چارج لے سکتا ہے، نہ صرف ہالائڈ پیرووسکائٹس،\” اماسیئن کہتے ہیں۔ \”ہم ان ساتھیوں سے بات کرنے کے لیے پرجوش ہیں جو توانائی کے ذخیرہ پر کام کرتے ہیں کہ یہ کس طرح تیز آئن کنڈکٹرز کی انجینئرنگ کو مطلع کر سکتا ہے۔\”

یہ تحقیق یو ایس آفس آف نیول ریسرچ کے تعاون سے، گرانٹ نمبر N00014-20-1-2573 کے تحت کی گئی تھی۔ نیشنل سائنس فاؤنڈیشن، گرانٹ نمبر CHE-1848278 کے تحت؛ اور گرانٹ نمبر DE-EE0009364 کے تحت امریکی محکمہ توانائی کے دفتر برائے توانائی کی کارکردگی اور قابل تجدید توانائی۔