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नोवेल सोलर सेल आर्किटेक्चर वास्तविक दुनिया की बाधाओं के तहत अच्छा प्रदर्शन करता है

नोवेल सोलर सेल आर्किटेक्चर वास्तविक दुनिया की बाधाओं के तहत अच्छा प्रदर्शन करता है

tech innovation 2022

ऊर्जा के लिए फोटोनिक्स जर्नल (2022)। डीओआई: 10.1117/1.जेपीई.12.032208″चौड़ाई=”800″ ऊंचाई=”450″/>

बैंडगैप और थर्मलाइजेशन गुणांक के एक समारोह के रूप में एमजेएससी, एचसीएमजेएससी और एचसीएससी पैनल की क्षमता। शोधकर्ताओं द्वारा जांच की गई उपन्यास एचसीएमजेएससी डिजाइन, इसके डिजाइन के लिए उम्मीदवार सामग्री के दायरे को चौड़ा करते हुए, गैर-इष्टतम बैंडगैप और कम विवश थर्मलाइजेशन आवश्यकताओं के लिए उच्च लचीलापन दिखाता है। श्रेय: ऊर्जा के लिए फोटोनिक्स जर्नल (2022)। डीओआई: 10.1117 / 1.जेपीई.12.032208

सौर ऊर्जा ऊर्जा का एक स्वच्छ और नवीकरणीय स्रोत है। सौर कोशिकाओं में आमतौर पर एक अर्धचालक पदार्थ होता है जो सूर्य के प्रकाश को अवशोषित करता है और बिजली उत्पन्न करता है। हालाँकि, सूर्य के प्रकाश की मात्रा जिसे बिजली में परिवर्तित किया जा सकता है, सीमित है। मानक सिंगल-जंक्शन सौर सेल सैद्धांतिक रूप से 30 प्रतिशत की अधिकतम बिजली रूपांतरण दक्षता (पीसीई) तक सीमित हैं। यह प्रसिद्ध “शॉकली-क्विसर सीमा” है, जो प्रकाश अवशोषण और चार्ज वाहक थर्मलाइजेशन के बीच व्यापार-बंद से आता है।

इस सीमा को पार करने और उच्च दक्षता तक पहुंचने के लिए, सौर कोशिकाओं के लिए विभिन्न डिजाइनों पर विचार किया गया है। उदाहरण के लिए, हॉट-कैरियर सोलर सेल (HCSCs) PCE को बेहतर बनाने के लिए फोटोएक्साइटेड इलेक्ट्रॉनों की अतिरिक्त गतिज ऊर्जा (गर्मी के रूप में खो जाने से पहले) का उपयोग करते हैं। हालांकि, इस तरह के डिजाइन व्यवहार में शॉकली-क्विसर की सीमा को पार करने में कामयाब नहीं हुए हैं। यह “गैर-आदर्शों” के प्रति उनकी संवेदनशीलता के कारण हो सकता है। सीधे शब्दों में कहें, आदर्श परिदृश्यों से विचलन, जैसे अपूर्ण डिजाइन, गैर-इष्टतम सामग्री, या परिचालन स्थितियों के कारण, उनके पीसीई को शॉकली-क्विसर सीमा से नीचे या नीचे कम कर देता है। इसलिए, रूपांतरण रणनीतियों को ऐसी गैर-आदर्शताओं के खिलाफ सौर सेल डिजाइनों के लचीलेपन पर विचार करने की आवश्यकता है।

इस पृष्ठभूमि के खिलाफ, शोधकर्ताओं की एक अंतरराष्ट्रीय टीम ने एक उपन्यास सौर सेल वास्तुकला, एक गर्म वाहक मल्टीजंक्शन सौर सेल (एचसीएमजेएससी) के लचीलेपन का परीक्षण किया, गैर-आदर्श सामग्री के साथ गैर-आदर्श डिजाइन के लिए। एचसीएमजेएससी में एक पतली गर्म वाहक शीर्ष जंक्शन श्रृंखला वाला एक पैनल शामिल था जो एक मोटे ठंडे तल के जंक्शन से जुड़ा था। उन्होंने इसके प्रदर्शन की तुलना मल्टीजंक्शन सोलर सेल (MJSCs) और HCSC द्वारा निर्धारित संदर्भ मानकों से की। उनके परिणाम SPIE . में प्रकाशित होते हैं ऊर्जा के लिए फोटोनिक्स जर्नल (जेपी ई)

जैसा कि रिपोर्ट किया गया है जेपी ईशोधकर्ताओं ने एक मानक अवशोषण मॉडल को लागू करते हुए कई जंक्शनों और हॉट-कैरियर प्रभावों के लिए जिम्मेदार मॉडल का उपयोग करके पीसीई का मूल्यांकन किया। उन्होंने गणना की कि कैसे घटना तीव्रता, अवशोषक मोटाई, बैंडगैप, तापमान और थर्मलकरण दर जैसे ट्यूनिंग मापदंडों के साथ पीसीई बदल गया (जो उस दर को निर्धारित करता है जिस पर फोटोइलेक्ट्रॉन अपनी अतिरिक्त गतिज ऊर्जा खो देते हैं)।

इष्टतम डिजाइन के लिए, एचसीएससी ने उच्चतम पीसीई का प्रदर्शन किया, इसके बाद एचसीएमजेएससी और एमजेएससी का स्थान रहा। हालांकि, एचसीएमजेएससी ने गैर-इष्टतम डिजाइन (गैर-इष्टतम बैंडगैप और परिमित थर्मलाइजेशन दरों वाली सामग्री) के लिए दक्षता में अपेक्षाकृत कम गिरावट दिखाई, इस प्रकार डिजाइन की खामियों के लिए एक बेहतर लचीलापन प्रदर्शित किया।

इसके अलावा, एचसीएमजेएससी ने एचसीएससी की तुलना में गर्म वाहक थर्मलाइजेशन पर अधिक आराम की आवश्यकताओं को दिखाया। इसने इसे उपलब्ध थर्मलाइजेशन गुणांक के साथ प्राप्त सर्वोत्तम एमजेएससी दक्षता को पार करने की अनुमति दी। इसने HCMJSCs को डिजाइन करने के लिए उपयुक्त उम्मीदवार सामग्री की सीमा को भी चौड़ा किया।

अंत में, शोधकर्ताओं ने परिचालन स्थितियों के खिलाफ लचीलापन के लिए परीक्षण किया ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि बाहरी परिस्थितियों में बढ़ी संवेदनशीलता की कीमत पर डिजाइन दोषों के खिलाफ लचीलापन हासिल नहीं किया गया था। यह गैर-आदर्श सौर रोशनी (एक मानक संदर्भ स्पेक्ट्रम का उपयोग करके अनुमानित) के लिए वार्षिक औसत क्षमता की गणना करके किया गया था: सभी तीन डिजाइनों ने अपने नाममात्र मूल्यों की तुलना में कम औसत दक्षता दिखाई। जबकि उच्च-बैंडगैप एचसीएमजेएससी ने एमजेएससी के समान प्रदर्शन किया, कम-बैंडगैप एचसीएमजेएससी रोशनी प्रभाव के प्रति थोड़ा अधिक संवेदनशील थे।

जेपी ई एडिटर-इन-चीफ सीन शाहीन (कोलोराडो बोल्डर विश्वविद्यालय) ने टिप्पणी की, “हॉट-कैरियर फोटोवोल्टिक को 1980 के दशक की शुरुआत से उच्च क्षमता प्राप्त करने के तरीके के रूप में प्रस्तावित किया गया है जो पारंपरिक ‘विस्तृत-संतुलन’ की सीमा को तोड़ते हैं, लेकिन उन्होंने अभी तक व्यवहार में महसूस किया जा सकता है। गिटौ और उनके सहयोगियों द्वारा किया गया कार्य उन्हें निकट-पूर्ण सामग्री की बाधा को ढीला करके उन्हें फल के करीब लाने की रणनीति प्रदान करता है, जो अन्यथा वास्तविक दुनिया के उपकरणों के प्रदर्शन को आसानी से कम कर देता है।”

कुल मिलाकर, यह अध्ययन महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि प्रदान करता है कि कौन से कारक सौर सेल के प्रदर्शन को प्रभावित करते हैं और उनके अनुप्रयोगों और क्षेत्र में अन्य प्रौद्योगिकियों के लिए प्रासंगिक लचीलापन, संभावित रूप से बेहतर सौर सेल डिजाइन के लिए दरवाजे खोलते हैं।


एक उज्ज्वल भविष्य: बेहतर प्रदर्शन करने वाले सौर कोशिकाओं की तीसरी पीढ़ी की तलाश


अधिक जानकारी:
मैक्सिमे गिटौ एट अल, हॉट-कैरियर मल्टीजंक्शन सोलर सेल: संवेदनशीलता और गैर-आदर्शों के प्रति लचीलापन, ऊर्जा के लिए फोटोनिक्स जर्नल (2022)। डीओआई: 10.1117 / 1.जेपीई.12.032208

उद्धरण: नोवेल सोलर सेल आर्किटेक्चर वास्तविक दुनिया की बाधाओं (2022, जून 1) के तहत अच्छा प्रदर्शन करता है, 2 जून 2022 को से प्राप्त किया गया

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