কেন পেরোভস্কাইট উপাদানগুলি এত ভাল সৌর কোষ তৈরি করে তার একটি দীর্ঘস্থায়ী ব্যাখ্যা নতুন পরিমাপের জন্য সন্দেহের মধ্যে ফেলে দেওয়া হয়েছে। পূর্বে, পদার্থবিদরা সীসা হ্যালাইড পেরোভস্কাইটের অনুকূল অপটোইলেক্ট্রনিক বৈশিষ্ট্যকে উপাদানের স্ফটিক জালির মধ্যে পোলারন নামক কোয়াসিপার্টিকলের আচরণের জন্য দায়ী করেছিলেন। তবে এখন জার্মানির বিস্তারিত পরীক্ষা-নিরীক্ষা বেসি II সিঙ্ক্রোট্রন প্রকাশ করেছে যে কোন বড় পোলারন উপস্থিত নেই। আলো-নিঃসরণকারী ডায়োড, সেমিকন্ডাক্টর লেজার এবং রেডিয়েশন ডিটেক্টরের পাশাপাশি সৌর কোষ সহ বাস্তব-বিশ্বের অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য কীভাবে পেরোভস্কাইটগুলিকে অপ্টিমাইজ করা যায় সে সম্পর্কে কাজটি নতুন আলোকপাত করে।
সীসা হ্যালাইড পেরোভস্কাইটগুলি একটি ABX সহ স্ফটিক পদার্থের একটি পরিবারের অন্তর্গত3 গঠন, যেখানে A হল সিজিয়াম, মেথিলামোনিয়াম (MA) বা ফরমিডিনিয়াম (FA); B হল সীসা বা টিন; এবং X হল ক্লোরিন, ব্রোমিন বা আয়োডিন। তারা পাতলা-ফিল্ম সোলার সেল এবং অন্যান্য অপটোইলেক্ট্রনিক ডিভাইসের জন্য প্রতিশ্রুতিবদ্ধ প্রার্থী কারণ তাদের সুরযোগ্য ব্যান্ডগ্যাপগুলি তাদের সৌর বর্ণালীতে বিস্তৃত তরঙ্গদৈর্ঘ্যের আলো শোষণ করতে সক্ষম করে। চার্জ বাহক (ইলেকট্রন এবং গর্ত) দীর্ঘ দূরত্বে তাদের মাধ্যমে ছড়িয়ে পড়ে। এই চমৎকার বৈশিষ্ট্যগুলি পেরোভস্কাইট সৌর কোষগুলিকে 18%-এরও বেশি শক্তি রূপান্তর দক্ষতা দেয়, সেগুলিকে সিলিকন, গ্যালিয়াম আর্সেনাইড এবং ক্যাডমিয়াম টেলউরাইডের মতো প্রতিষ্ঠিত সৌর-কোষ উপাদানগুলির সমতুল্য স্থাপন করে।
গবেষকরা এখনও অনিশ্চিত, তবে, ঠিক কেন চার্জ বাহকগুলি পেরোভস্কাইটে এত ভাল ভ্রমণ করে, বিশেষত যেহেতু পেরোভস্কাইটে প্রতিষ্ঠিত সৌর-কোষ সামগ্রীর চেয়ে অনেক বেশি ত্রুটি রয়েছে। একটি অনুমান হল যে পোলারন - আয়নিক ফোননগুলির মেঘ দ্বারা বেষ্টিত একটি ইলেক্ট্রন দ্বারা গঠিত যৌগিক কণাগুলি, বা জাল কম্পন - স্ক্রিন হিসাবে কাজ করে, চার্জ বাহকদের ত্রুটিগুলির সাথে মিথস্ক্রিয়া করতে বাধা দেয়।
ইলেকট্রনের গতিশক্তি পরিমাপ
সর্বশেষ কাজ, কঠিন-রাষ্ট্র পদার্থবিদ নেতৃত্বে একটি দল অলিভার রাডার এর Helmholtz-Zentrum বার্লিন কোণ-সমাধানযুক্ত ফটোইমিশন স্পেকট্রোস্কোপি (এআরপিইএস) নামে পরিচিত একটি কৌশল ব্যবহার করে এই অনুমানটি পরীক্ষা করা হয়েছে। এই কৌশলটি গতিশক্তির মাধ্যমে একটি উপাদানের ইলেকট্রনিক ব্যান্ড গঠন সম্পর্কে তথ্য প্রদান করে E= 1 / 2 mv2 এর ইলেকট্রন, যেখানে m ইলেকট্রনের ভর এবং v এর বেগ। ইলেক্ট্রন ভরবেগের পরিপ্রেক্ষিতে লেখা p=mv, এই সম্পর্ক একটি প্যারাবোলার সাথে মিলে যায় E=(p2)/(৩৪৩m) যা পরীক্ষায় সরাসরি পরিমাপ করা যায়।
চার্জ পরিবহনের সময় যদি পোলারন সত্যিই উপস্থিত থাকে, তবে ইলেকট্রনগুলি আরও ধীরে ধীরে চলা উচিত - এবং এইভাবে তাদের কার্যকর ভর বেশি হওয়া উচিত - পোলারনের সাথে মিথস্ক্রিয়াকে ধন্যবাদ। ইলেক্ট্রনের কার্যকর ভর যত বড়, প্যারাবোলার বক্রতা তত কম। যাইহোক, দলের সদস্য নেতৃত্বে পরিমাপ মরিয়ম সাজেদী স্ফটিক CsPbBr এর নমুনার উপর3 প্যারাবোলার বক্রতা প্রত্যাশিত হ্রাস সনাক্ত করতে ব্যর্থ। এটি একটি আশ্চর্য ছিল, রাডার বলেছেন, কারণ তত্ত্বটি একটি সম্পর্কিত সীসা হ্যালাইড পেরোভস্কাইটে কার্যকর ভরের 28% বৃদ্ধির পূর্বাভাস দিয়েছে, যখন একটি প্রতিযোগিতামূলক পরীক্ষা ARPES ডেটা থেকে 50% বৃদ্ধি পেয়েছে।
Rader কারণগুলির সংমিশ্রণে অসঙ্গতিকে দায়ী করে। নীতিগতভাবে, তিনি বলেছেন, কার্যকর ভর পরিমাপ করা সহজ, তবে একটি গুরুত্বপূর্ণ সতর্কতা রয়েছে। "আমরা ভরবেগ বনাম বাঁধাই শক্তিতে একটি প্যারাবোলা পরিমাপ করি (যেখানে ভরবেগ সরাসরি 'কোণ' থেকে 'কোণ-সমাধানকৃত আলোক নির্গমন'-এ আসে)," তিনি ব্যাখ্যা করেন। "তবে, একটি ত্রিমাত্রিক কঠিনে, এই প্যারাবোলাটি একটি ত্রিমাত্রিক প্যারাবোলয়েডের একটি কাটা, এবং যদি আমরা এটিকে তার শীর্ষে না কাটাই, তাহলে আমরা ভুল - সাধারণত উচ্চতর - কার্যকর ভর পেতে পারি।"
Rader ব্যাখ্যা করে যে ARPES-এ, x- এবং y-নির্দেশের ভরবেগ ইলেকট্রন নির্গমন কোণের সাথে সম্পর্কিত, কিন্তু z-দিক-নির্দেশের ভরবেগ ইলেকট্রনকে উত্তেজিত করতে ব্যবহৃত ফোটনের শক্তি দ্বারা নির্ধারিত হয়। BESSY II-এর ক্ষেত্রে, এই ফোটন শক্তি বর্ণালীর ভ্যাকুয়াম অতিবেগুনী অঞ্চলে তরঙ্গদৈর্ঘ্যের সিনক্রোট্রন বিকিরণ থেকে আসে। পরীক্ষামূলক কাজের প্রধান অংশ তাই কার্যকর ভর নির্ধারণের জন্য সঠিক ফোটন শক্তি খুঁজে বের করা ছিল, তিনি বলেছেন।
সস্তা এবং স্থিতিশীল সৌর কোষের জন্য নতুন সমাধানের সন্ধানে
আরেকটি কাজ ছিল পোলারন ছাড়াই প্রত্যাশিত কার্যকর ভর গণনা করা। "আমরা একটি উন্নত পদ্ধতি ব্যবহার করেছি এবং দেখেছি যে পূর্ববর্তী গণনাগুলি খুব ছোট কার্যকর ভরের পূর্বাভাস দিয়েছে," রাডার বলেছেন। "এই আগের কাজের সমস্যাটি তাই অর্ধেক পরীক্ষামূলক এবং অর্ধেক তাত্ত্বিক দিকে ছিল।"
একটি নির্ভরযোগ্য কৌশল
Rader নোট করে যে ARPES পূর্বে দুটি নন-পেরভস্কাইট যৌগগুলিতে পোলারনের উপস্থিতির কারণে কার্যকর ইলেক্ট্রন ভরে একটি বর্ধন সনাক্ত করেছে, টিও2 এবং SrTiO3. তাই এই ধরনের পরিমাপের জন্য এটি একটি নির্ভরযোগ্য কৌশল, তিনি বলেছেন। "আমাদের উপসংহার হল যে আমাদের পরীক্ষামূলক পদ্ধতি দেখায় যে বড় পোলারন গঠনের জন্য কোন ইঙ্গিত নেই," তিনি বলেছেন। "এই ফলাফলটি তত্ত্বগুলির পুনর্মূল্যায়নের দিকে পরিচালিত করবে যা উপস্থিতি এবং সীসা হ্যালাইড পেরোভস্কাইটের বৈশিষ্ট্যগুলির জন্য পোলারনের একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকার ভবিষ্যদ্বাণী করে, সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণভাবে একটি সৌর-কোষ উপাদান হিসাবে তাদের উচ্চ দক্ষতা।"
ফলো-আপ হিসাবে, গবেষকরা বলছেন যে তারা স্ফটিক CsPbBr-এর নমুনায় একই রকম পরিমাপ করতে চান3 যখন এটির উপর আলো জ্বলছে, তবে তারা পরীক্ষামূলকভাবে এটি "চ্যালেঞ্জিং" হবে বলে আশা করে। তারা তাদের বর্তমান গবেষণা রিপোর্ট দৈহিক পর্যালোচনা চিঠি.
