आईसीएफओ के शोधकर्ताओं ने 16.94% बिजली रूपांतरण दक्षता (पीसीई) के साथ अग्रानुक्रम विन्यास के साथ एक नया चार-टर्मिनल कार्बनिक सौर सेल बनाया है।नया उपकरण अत्यधिक पारदर्शी फ्रंट सेल से बना है जिसमें केवल 7 एनएम का पारदर्शी अल्ट्राथिन सिल्वर (एजी) इलेक्ट्रोड शामिल है, जो इसके कुशल संचालन को सुनिश्चित करता है।

दो टर्मिनलउत्तरोत्तर जैविक सौर सेल(ओएससी) एकल-जंक्शन सौर कोशिकाओं में ट्रांसमिशन और थर्मलाइजेशन नुकसान को संबोधित करने के लिए सबसे आशाजनक दृष्टिकोणों में से एक का प्रतिनिधित्व करते हैं।इन कार्बनिक सौर कोशिकाओं में अलग-अलग बैंडगैप के साथ आगे और पीछे के उपकोशिकाएं शामिल होती हैं, जो सौर स्पेक्ट्रम के व्यापक अवशोषण और उपयोग को सक्षम बनाती हैं।

हालाँकि, ऐसे कॉन्फ़िगरेशन में इष्टतम प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए दो उपकोशिकाओं के बीच पर्याप्त वर्तमान संतुलन की आवश्यकता होती है।इसके अलावा, इस प्रकार के अग्रानुक्रम कार्बनिक सौर कोशिकाओं का निर्माण चुनौतीपूर्ण है क्योंकि उन्हें उच्च पारदर्शिता बनाए रखते हुए कुशल चार्ज पुनर्संयोजन की सुविधा प्रदान करने में सक्षम एक मजबूत इंटरकनेक्शन परत की आवश्यकता होती है।

चार-टर्मिनल अग्रानुक्रम विन्यास एक अत्यधिक कुशल वैकल्पिक रणनीति के रूप में उभरा हैसौर सेल डिजाइन.दो-टर्मिनल दृष्टिकोण के विपरीत, यह कॉन्फ़िगरेशन अलग-अलग सुविधाएँ देता हैविद्युत कनेक्शनपारदर्शी सामने वाली कोशिका और अपारदर्शी पिछली कोशिका के लिए।

परिणामस्वरूप, विद्युत धारा मिलान का मुद्दा अब कोई सीमित कारक नहीं रह गया है।यह सेटअप अग्रानुक्रम के प्रत्येक सेल के बैंडगैप का चयन करने में अधिक लचीलेपन को सक्षम बनाता है, जिससे फोटॉन अवशोषण को अनुकूलित किया जाता है और सौर ऊर्जा उत्पादन की समग्र दक्षता में वृद्धि होती है।

अब, एक नए अध्ययन मेंप्रकाशितजर्नल मेंसौर आरआरएल, आईसीएफओ के शोधकर्ता फ्रांसिस्को बर्नाल-टेक्सका, और प्रोफेसर जोर्डी मार्टोरेल ने चार-टर्मिनल टेंडेम कार्बनिक सौर सेल के निर्माण का वर्णन किया है जिसने 16.94% बिजली रूपांतरण दक्षता (पीसीई) हासिल की है।इस उपलब्धि के केंद्र में एक अति पतली पारदर्शी सिल्वर इलेक्ट्रोड का निर्माण है, जो एक महत्वपूर्ण घटक है जिसने टेंडेम सौर सेल के प्रदर्शन को अनुकूलित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है।

नए उपकरण को बनाने के लिए, शोधकर्ताओं ने पहले दोनों कोशिकाओं की फोटोएक्टिव परत के लिए नियत कार्बनिक पदार्थों का पता लगाया।उन्होंने सामने की कोशिका के लिए तीन अलग-अलग मिश्रणों की प्रभावशीलता की जांच की, जिन्हें उच्च-ऊर्जा फोटॉन की कटाई के लिए डिज़ाइन किया गया है।सबसे अच्छा प्रदर्शन करने वाले मिश्रण, जिसे PM6:L8-BO नाम दिया गया, को अंततः चुना गया।पिछली अपारदर्शी कोशिका के लिए, शोधकर्ताओं ने एक संकीर्ण बैंडगैप के साथ PTB7-Th:O6T-4F मिश्रण का उपयोग करने का निर्णय लिया, जो इसे स्पेक्ट्रम के अवरक्त भाग (कम-ऊर्जा फोटॉन) को अवशोषित करने के लिए बेहतर अनुकूल बनाता है।

मिश्रणों को चुनने के बाद, शोधकर्ताओं ने चार-अग्रानुक्रम ओएससी की अंतिम संरचना को डिजाइन करने के लिए एक संख्यात्मक दृष्टिकोण का उपयोग किया।उन्होंने सौर उपकरण के इष्टतम प्रदर्शन और अंतिम विन्यास को खोजने के लिए पारंपरिक व्युत्क्रम समस्या-समाधान पद्धति के साथ संयुक्त मैट्रिक्स औपचारिकता का उपयोग किया।

केवल 7 एनएम की मोटाई के साथ एक अति पतली पारदर्शी सिल्वर इलेक्ट्रोड का निर्माण वर्तमान शोध में प्रमुख घटक था।इस तत्व को सामने वाले सेल के पीछे रखा गया था, जिससे पिछले सेल को बिजली देने के लिए अच्छा प्रकाश संचरण सुनिश्चित हो सके।पारदर्शी सौर सेल अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किए जाने वाले पारंपरिक शीर्ष एजी इलेक्ट्रोड आमतौर पर 9 से 15 एनएम तक की मोटाई में होते हैं।

इसके उत्पादन में सटीकता और स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए प्रयोगशाला स्थितियों के सावधानीपूर्वक नियंत्रण की आवश्यकता होती है।फिर इलेक्ट्रोड को टंगस्टन ट्राइऑक्साइड (WO3) और लिथियम फ्लोराइड (LiF) को बारी-बारी से तीन ढांकता हुआ परतों के साथ ढेर किया गया।इस फोटोनिक बहुपरत संरचना की एक महत्वपूर्ण भूमिका है, क्योंकि यह कुशल और समान प्रकाश वितरण की सुविधा के लिए दो कोशिकाओं के बीच स्थित है।

शोधकर्ताओं ने लिखा, "यह संरचना 750-1,000 एनएम रेंज में उच्च संचरण और 500-700 एनएम रेंज में उच्च परावर्तन प्रदर्शित करती है।"

"सौर सेल के कुशल संचालन के लिए एक पारदर्शी सिल्वर इंटरमीडिएट इलेक्ट्रोड का विकास महत्वपूर्ण है। इसे एक नाजुक संतुलन प्रस्तुत करना चाहिए, यह इतना पारदर्शी होना चाहिए कि प्रकाश को पीछे की सेल तक पहुंचने की अनुमति मिल सके और उच्च विद्युत चालकता सुनिश्चित हो सके।इष्टतम प्रदर्शनफ्रंट सेल के बारे में,'' आईसीएफओ के शोधकर्ता और अध्ययन के पहले लेखक बर्नाल ने कहा, ''फ्रंट पारदर्शी कोशिकाओं में नुकसान देखे बिना केवल 7nm ​​का इलेक्ट्रोड बनाने में सक्षम होना, पारदर्शी कोशिकाओं के क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण प्रगति है।''

शोधकर्ताओं ने एक सौर सिम्युलेटर के साथ 1 सूरज की रोशनी के तहत डिवाइस के फोटोवोल्टिक प्रदर्शन का परीक्षण किया और इसकी क्वांटम दक्षता को मापा।डिवाइस ने 16.94% हासिल कियाबिजली रूपांतरण दक्षता, जो आज तक चार-टर्मिनल टेंडेम कार्बनिक सेल के लिए उच्चतम पहुंच होगी।अध्ययन के लेखकों की टिप्पणी है कि ऑर्गेनिक टेंडेम उपकरणों के लिए दक्षता में वर्तमान आधिकारिक रिकॉर्ड 14.2% है और 4-टर्मिनल ऑर्गेनिक टेंडेम के लिए अंतिम रिपोर्ट की गई पीसीई 6.5% है।

"हमारा शोध फोटोइलेक्ट्रोकेमिकल कोशिकाओं (पीईसी) में संभावित अनुप्रयोगों को रखता है, जो महत्वपूर्ण विद्युत आवश्यकताओं को संबोधित करता है जैसे कि पानी के विभाजन या सीओ को चलाने के लिए आवश्यक वोल्टेज प्रदान करना।₂SOREC2 परियोजना की तरह कमी प्रतिक्रियाएं, "आईसीएफओ के शोधकर्ता और SOREC2 परियोजना समन्वयक प्रोफेसर मार्टोरेल ने समझाया।

"चार-टर्मिनल अग्रानुक्रम संरचना के डिजाइन और कार्यान्वयन की पद्धति को समाचार प्रणालियों को डिजाइन करने के लिए लागू किया जा सकता है जहां तत्वों में प्रकाश का पर्याप्त वितरण एक निश्चित उपकरण के प्रदर्शन के लिए महत्वपूर्ण है।"

शोधकर्ता वर्तमान में अपना ध्यान कार्यप्रणाली को परिष्कृत करने, ट्यूनिंग और बढ़ाने पर केंद्रित कर रहे हैंसंरचनात्मक डिजाइनसौर ईंधन जैसे अनुप्रयोगों के लिए तैयार किया गया है, जहां टेंडेम उपकरण व्यापक प्रयोज्यता रखते हैं।कार्यप्रणाली और डिजाइन रणनीतियों को अनुकूलित करके, शोधकर्ताओं का लक्ष्य सीओ जैसी विविध और टिकाऊ ऊर्जा रूपांतरण प्रक्रियाओं के लिए सौर ऊर्जा का उपयोग करने में इन उपकरणों की पूरी क्षमता को अनलॉक करना है।₂रूपांतरण और मूल्यांकन.

अधिक जानकारी:फ़्रांसिस्को बर्नाल-टेक्स्का एट अल, फोर-टर्मिनल टेंडेम एक PM6:L8-BO पारदर्शी सौर सेल और एक 7 एनएम एजी परत इंटरमीडिएट इलेक्ट्रोड पर आधारित,सौर आरआरएल(2024)।डीओआई: 10.1002/सोलर.202300728