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पेरोवस्काइट की वस्तुतः भौतिकी

भा.प्रौ.सं मुंबई के शोधकर्ताओं ने उन सभी अद्वितीय गुणों की पहचान की है जो सभी पेरोवस्काइट सौर कोशिकाओं में सामान्यतः देखे जाते हैं, जिससे हमें डिवाइस फिजिक्स और नियंत्रण मापदंडों के मामलों को बेहतर समझने में मदद मिलेगी।ऊर्जा के नवीकरणीय स्रोतों में, सूर्य संभवतः हमारी भविष्य की ऊर्जा आवश्यकताओं को पूरा करने का सबसे बढ़िया स्रोत है। पहला फोटोवोल्टेइक सेल लगभग 60 साल पहले, 1954 में बेल लेबोरेटरीज में, बनाया गया था । तब से दक्षता में सुधार लाने और लागतों में कमी लाने के लिए एक बहुत बड़ा शोध किया गया है। फिर भी, सौर कोशिकाओं को अभी तक अपेक्षा के अनुरूप  लोकप्रियता और स्वीकृति नहीं मिली है|  इनकी उच्च विनिर्माण लागत ही एक प्रमुख कारक है जिसने सौर कोशिकाओं की व्यापक स्वीकृति को बाधित किया है | आज बाजार में उपलब्ध अधिकांश सौर पैनल, क्रिस्टलीय सिलिकॉन तकनीक पर आधारित हैं, जोकि बहुत महंगा है। इसलिए लागत में कमी के साथ साथ  प्रक्रिया अनुकूलन और संशोधनों के साथ, सस्ते विकल्प की भी कोशिश की जा रही है  और इस संबंध में परीक्षण किए जा रहे हैं। 2009 में सौर कोशिकाओं में 'पेरोवस्काइट' नाम की एक ऐसी सामग्री का उपयोग पहली बार  किया गया था। हाल ही में कई परियोजनाओं में बर्धित दक्षता युक्त पेरोवस्काइट की उत्तम सक्रिय सौर कोशिकाओं की सामग्री पर व्यापक शोध किए गए हैं।  हाल ही में उच्च कोटि के शीर्ष जर्नलों में 20% की क्षमता को छूते पेरोवस्काइट आधारित फोटोवोल्टेइक कोशिकाओं के संबंध में कई प्रकाशन  दिखाई दिए हैं। यद्यपि ये आशाजनक परिणाम थे, फिर भी इनमें ऐसे एकीकृत सैद्धांतिक संरचना का भाव था, जो विभिन्न प्रयोगशालाओं में वैज्ञानिकों को परिणामों की तुलना करने और बेहतर प्रयोग करने में सहायता करता। इस प्रकार, वैद्युतिकी अभियांत्रिकी विभाग के प्राध्यापक प्रदीप नायर, भा.प्रौ.सं मुंबई ने अपने सहयोगियों, सह-शोधकर्ताओं और छात्रों के साथ, पेरोवस्काइट आधारित कोशिकाओं के मौलिक साधन भौतिकी का पता लगाने के लिए सैद्धांतिक रूपरेखा के साथ प्रयास करने का प्रयास किया।प्रकाश की अनुपस्थिति में वर्तमान विशेषताओं का अनुमान लगाने के लिए सैद्धांतिक समीकरणों की संरचना के साथ अनुसंधान शुरू हुआ। संबंधित सैद्धांतिक अनुमानों (स्नातक छात्र, श्री सुमांशु अग्रवाल, भा.प्रौ.सं मुंबई विभाग द्वारा किए गए) को भा.प्रौ.सं मुंबई की प्रयोगशालाओं के वास्तविक प्रयोगात्मक आंकड़ों के साथ-साथ अन्य शोधकर्ताओं  के ऑक्सफोर्ड विश्वविद्यालय, स्विस संघीय प्रौद्योगिकी संस्थान, लॉज़ेन और आईआईएसईआर-टीवीएम द्वारा प्रकाशित  मौजूदा साहित्य में उपलब्ध आंकड़ों के साथ तुलना करके देखा गया | यह देखा गया कि उपयोग की गई सामग्रियों और निर्माण कार्यप्रणाली की फेब्रिकेशन पद्धति के असापेक्ष पेरोवस्काइट आधारित सौर सेल ने दो विशिष्ट मापदंडों, अर्थात् 'आदर्शता कारक' और उच्च पूर्वाग्रह क्षेत्रों पर 'वोल्टेज एक्सपोनेंट' का प्रदर्शन किया, जो संपूर्ण प्रक्रिया में लगभग बराबर रहा । डिवाइस विशेषताओं के इस ज्ञान के साथ, वे अपने निष्कर्षों के अनुरूप कोशिकाओं के काम के लिए सैद्धांतिक रूपरेखा के साथ आए, जो नवंबर 2014 में प्रतिष्ठित जर्नल ऑफ फिजिकल कैमिस्ट्री में प्रकाशित हुआ। डार्क करंट लक्षणों पर अग्रणी अनुसंधान के बाद, प्राध्यापक नायर और टीम अब प्रकाशित करंट-वोल्टेज विशेषताओं की शोध पर ध्यान केंद्रित कर रही है। डार्क IV विशेषताओं को अच्छी तरह से समझने के साथ, उनका उद्देश्य सिस्टम स्तर के प्रदर्शन को समझना और उनका विश्लेषण करना है और  प्रकाश की विविध स्थितियों में पेरोवस्काइट सौर कोशिका के प्रदर्शन के  अनुमान हेतु एक ढांचे का निर्माण करना है । (भौतिक रसायन पत्र पत्रिका की जर्नल में प्रकाशित, 12 नवंबर, 2014)न्योइलेक्ट्रॉनिक्स में उत्कृष्टता केंद्र (सीईएन) और  फोटोवोल्टेइक रिसर्च एंड एजुकेशन (एनसीपीआरई) के नेशनल सेंटर में उपलब्ध सुविधाओं का उपयोग करते हुए भा.प्रौ.सं मुंबई में पेरोवस्काइट सौर कोशिकाओं पर उपर्युक्त अनुसंधान किया गया। यह शोध आंशिक रूप से भारत और संयुक्त राज्य अमेरिका (एसईआरआईआईआईएस) के लिए सौर ऊर्जा अनुसंधान संस्थान द्वारा समर्थित है।

 

Write-up prepared by (based on inputs from the researchers)  : Dhruv Nigam, P.Pradeep

Graphics by : Sagar Sant

http://iitb.ac.in/en/activities/media-cell

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