पिछले दशक में, फोटोवोल्टिक कोशिकाओं (पीसी) ने नवीकरणीय ऊर्जा के आशाजनक स्रोतों के रूप में दुनिया भर में बहुत ध्यान आकर्षित किया है।हालाँकि, पीसी ने अभी भी व्यापक रूप से अपनाए जाने के लिए प्रकाश-से-बिजली रूपांतरण क्षमता हासिल नहीं की है, और वैज्ञानिक बेहतर प्रदर्शन के साथ नई सामग्रियों और डिजाइनों की तलाश में हैं।

पीसी के दो सबसे सक्रिय रूप से अध्ययन किए गए प्रकार पेरोव्स्काइट पीसी और अनाकार-सिलिकॉन कार्बाइड (ए-सीआईसी: एच) पीसी हैं, प्रत्येक की अपनी सीमाएं हैं।पेरोव्स्काइट पीसी दो प्रमुख असफलताओं से ग्रस्त हैं: पहला, भले ही सौर विकिरण तरंग दैर्ध्य को कवर करता है जो निकट-अवरक्त से पराबैंगनी (यूवी) प्रकाश तक जाता है, पेरोव्स्काइट पीसी इस स्पेक्ट्रम के केवल एक छोटे से हिस्से का उपयोग करते हैं, जिससे कम होता हैऊर्जारूपांतरण दक्षता.दूसरा, वे उच्च तीव्रता वाले यूवी प्रकाश के संपर्क में आने से फोटो-क्षरण के प्रति संवेदनशील होते हैं।इसके विपरीत, a-SiC:H पीसी सूर्य के प्रकाश की वर्णक्रमीय प्रोफ़ाइल और a-SiC:H सामग्रियों की वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया के बीच बेमेल के कारण प्रभावी ढंग से यूवी प्रकाश का उत्पादन नहीं कर सकते हैं।

लेकिन क्या होगा अगर इन समस्याओं को केवल पीसी के ऊपर एक विशेष पारदर्शी परत लगाने से हल किया जा सके?एक हालिया अध्ययन मेंमें प्रकाशितऊर्जा के लिए फोटोनिक्स जर्नलचीन के शंघाई यूनिवर्सिटी ऑफ इंजीनियरिंग साइंस के डॉ. पेई सॉन्ग सहित एक शोध दल ने GdPO का उपयोग करके एक नया सौर वर्णक्रमीय कनवर्टर विकसित किया है।₄ग्लास-सिरेमिक (जीसी) सामग्री को प्रेसियोडायमियम (पीआर) और यूरोपियम (ईयू) आयनों के साथ मिलाया गया।यह तकनीक प्रदर्शन और प्रयोज्यता में उल्लेखनीय वृद्धि ला सकती हैसौर सेल.

GdPO का मुख्य उद्देश्य₄-जीसी:यूरोपीय संघ³⁺/पीआर³⁺इसका उद्देश्य सौर विकिरण से यूवी फोटॉन को अवशोषित करना और उन्हें दृश्य प्रकाश के रूप में पुनः उत्सर्जित करना है।यह सामग्री में आयनों के बीच होने वाले कुशल ऊर्जा हस्तांतरण के कारण संभव है।

जब एक यूवी फोटॉन एक पीआर से टकराता है³⁺आयन, यह एक उत्तेजित इलेक्ट्रॉनिक अवस्था उत्पन्न करता है।इस संचित ऊर्जा के जीडी में स्थानांतरित होने की उच्च संभावना है³⁺आयन, जो बाकी को ईयू में स्थानांतरित करने से पहले इसका कुछ हिस्सा छोड़ता है³⁺आयन.परिणामस्वरूप, यूरोपीय संघ में उत्साहित इलेक्ट्रॉनिक राज्य³⁺आयन दृश्य प्रकाश उत्सर्जित करते हुए निम्न ऊर्जा अवस्था में नीचे की ओर संक्रमण से गुजरता है।

कई प्रयोगों ने पुष्टि की कि जी.डी³⁺आयन पीआर के बीच सेतु का काम करते हैं³⁺और यूरोपीय संघ³⁺इन ऊर्जा संक्रमणों में आयन।इस प्रकार, एक पतली पारदर्शी GdPO₄-जीसी:यूरोपीय संघ³⁺/पीआर³⁺पीसी पर लगाई गई परत न केवल इसे यूवी फोटोन से बचाती है बल्कि इसे अतिरिक्त रोशनी भी देती है।

इसके अतिरिक्त, यह सुरक्षात्मक प्रभाव पेरोव्स्काइट पीसी में फोटो-क्षरण को रोकने में मदद करता है।इस बीच, पेरोव्स्काइट और ए-सीआईसी: एच पीसी दोनों में, वर्णक्रमीय रूपांतरण परत समग्र प्रणाली को ऊर्जा का उपयोग करने में मदद करती हैसौर विकिरणइसे यूवी फोटॉनों के प्रति "संवेदनशील" बनाकर अधिक कुशलता से बनाया जाएगा, जो अन्यथा बर्बाद हो जाएंगे।

गौरतलब है कि प्रस्तावित जी.डी.पी.ओ₄-जीसी:यूरोपीय संघ³⁺/पीआर³⁺सामग्री को पारंपरिक पिघलने वाली शमन प्रक्रिया के माध्यम से संश्लेषित करना आसान है।इसके अलावा, चूंकि सामग्री भी उल्लेखनीय रूप से स्थिर है, इसलिए यह आशाजनक प्रतीत होती हैसुरक्षात्मक परतअंतरिक्ष-जनित पीसी के लिए, जैसे कि अंतरिक्ष स्टेशनों में उपयोग किए जाने वाले।

"आजकल, विस्तारित अंतरिक्ष स्टेशनों को अधिक बिजली समर्थन की आवश्यकता होती है और उच्च-प्रदर्शन वाले पीसी की आवश्यकता होती है। प्रस्तावित वर्णक्रमीय रूपांतरण सामग्री के साथ एक पीसी के शीर्ष हिस्से को कवर करके और उचित एनकैप्सुलेशन और सीलिंग तकनीक का उपयोग करके, हम बहुत कम आर्द्रता स्तर और कुशल यूवी रीसाइक्लिंग सुनिश्चित कर सकते हैं, “सॉन्ग बताते हैं।"इसके अलावा, जीसी सामग्रियों की बनावट सख्त होती है, इसलिए वे पीसी को अंतरिक्ष में तैरते छोटे मलबे से टकराने से बचा सकते हैं।"

स्पेक्ट्रल कन्वर्टर्स के रूप में डोप्ड जीसी सामग्रियों का उपयोग करके पीसी की दक्षता में और सुधार करने के लिए अधिक अध्ययन की आवश्यकता होगी।शोधकर्ताओं का कहना है कि भविष्य का काम डोपिंग सांद्रता को समायोजित करके और सुरक्षात्मक परत की मोटाई को अनुकूलित करके लागत-प्रभावशीलता में सुधार करने पर केंद्रित हो सकता है।

"स्थलीय और अंतरिक्ष पीसी दोनों में संभावित अनुप्रयोगों के साथ, स्पेक्ट्रल डाउनशिफ्टिंग पीआर का विकास³⁺/यूरोपीय संघ³⁺सह-डोप्ड ग्लास-सिरेमिक फोटोवोल्टिक उपकरणों में बेहतर प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए नए रास्ते खोल सकता है," सॉन्ग ने निष्कर्ष निकाला।

अधिक जानकारी:पेई सॉन्ग एट अल, फोटोवोल्टिक सेल अनुप्रयोग के लिए पराबैंगनी-तरंग दैर्ध्य संचालित सौर वर्णक्रमीय कनवर्टर,ऊर्जा के लिए फोटोनिक्स जर्नल(2023)।डीओआई: 10.1117/1.जेपीई.14.015501