पेरोव्स्काइट सामग्री इतनी अच्छी सौर कोशिकाओं को क्यों बनाती है, इसके लिए एक लंबे समय से स्पष्टीकरण को नए मापों के लिए संदेह में डाल दिया गया है। पहले, भौतिकविदों ने सामग्री के क्रिस्टल जाली के भीतर पोलरोन नामक क्वासिपार्टिकल्स के व्यवहार के लिए लेड हैलाइड पेरोसाइट्स के अनुकूल ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक गुणों को जिम्मेदार ठहराया। अब, हालांकि, जर्मनी के विस्तृत प्रयोग बेसी II सिंक्रोट्रॉन पता चला कि कोई बड़े ध्रुवीय मौजूद नहीं हैं। प्रकाश उत्सर्जक डायोड, अर्धचालक लेजर और विकिरण डिटेक्टरों के साथ-साथ सौर कोशिकाओं सहित वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोगों के लिए पेरोव्स्काइट्स को कैसे अनुकूलित किया जा सकता है, इस पर काम ताजा प्रकाश डालता है।
लेड हैलाइड पर्कोव्साइट्स ABX . के साथ क्रिस्टलीय पदार्थों के परिवार से संबंधित हैं3 संरचना, जहां ए सीज़ियम, मिथाइलमोनियम (एमए) या फॉर्मैमिडिनियम (एफए) है; बी सीसा या टिन है; और X क्लोरीन, ब्रोमीन या आयोडीन है। वे पतली फिल्म सौर कोशिकाओं और अन्य ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए उम्मीदवारों का वादा कर रहे हैं क्योंकि उनके ट्यून करने योग्य बैंडगैप उन्हें सौर स्पेक्ट्रम में तरंग दैर्ध्य की एक विस्तृत श्रृंखला पर प्रकाश को अवशोषित करने में सक्षम बनाते हैं। चार्ज वाहक (इलेक्ट्रॉन और छेद) भी उनके माध्यम से लंबी दूरी पर फैलते हैं। ये उत्कृष्ट गुण पेरोसाइट सौर कोशिकाओं को 18% से अधिक की बिजली रूपांतरण दक्षता प्रदान करते हैं, उन्हें सिलिकॉन, गैलियम आर्सेनाइड और कैडमियम टेल्यूराइड जैसे स्थापित सौर-सेल सामग्री के बराबर रखते हैं।
शोधकर्ता अभी भी अनिश्चित हैं, हालांकि, वास्तव में चार्ज वाहक पेरोव्स्काइट्स में इतनी अच्छी तरह से यात्रा क्यों करते हैं, खासकर जब से पेरोव्स्काइट्स में स्थापित सौर-सेल सामग्री की तुलना में कहीं अधिक दोष होते हैं। एक परिकल्पना यह है कि ध्रुवीय - आयनिक फोनोन के बादल से घिरे इलेक्ट्रॉन से बने मिश्रित कण, या जाली कंपन - स्क्रीन के रूप में कार्य करते हैं, चार्ज वाहक को दोषों से बातचीत करने से रोकते हैं।
इलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा को मापना
नवीनतम कार्य में, ठोस-राज्य भौतिक विज्ञानी के नेतृत्व में एक टीम ओलिवर राडार का हेल्महोल्ट्ज़-ज़ेंट्रम बर्लिन कोण-समाधानित फोटोमिशन स्पेक्ट्रोस्कोपी (एआरपीईएस) नामक तकनीक का उपयोग करके इस परिकल्पना का परीक्षण किया। यह तकनीक गतिज ऊर्जा के माध्यम से सामग्री की इलेक्ट्रॉनिक बैंड संरचना के बारे में जानकारी देती है E= 1 / 2 mv2 इसके इलेक्ट्रॉनों का, जहाँ m इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान है और v इसका वेग है। इलेक्ट्रॉन गति के संदर्भ में लिखा गया p=mv, यह संबंध एक परवलय से मेल खाता है E=(p2)/(३४३m) जिसे सीधे प्रयोग में मापा जा सकता है।
यदि चार्ज परिवहन के दौरान पोलरॉन वास्तव में मौजूद हैं, तो इलेक्ट्रॉनों को अधिक धीरे-धीरे आगे बढ़ना चाहिए - और इस प्रकार उनका प्रभावी द्रव्यमान अधिक होना चाहिए - ध्रुवीयों के साथ बातचीत के लिए धन्यवाद। इलेक्ट्रॉन का प्रभावी द्रव्यमान जितना बड़ा होगा, परवलय की वक्रता उतनी ही कम होगी। हालांकि, टीम के सदस्य के नेतृत्व में माप मरियम साजेडिक क्रिस्टलीय CsPbBr . के नमूनों पर3 परवलय की वक्रता में अपेक्षित कमी की पहचान करने में विफल रहा। यह एक आश्चर्य था, राडार कहते हैं, क्योंकि सिद्धांत ने संबंधित लीड हलाइड पेरोसाइट में प्रभावी द्रव्यमान में 28% की वृद्धि की भविष्यवाणी की, जबकि एक प्रतिस्पर्धी प्रयोग ने एआरपीईएस डेटा से 50% की वृद्धि प्राप्त की।
राडार विसंगति को कारकों के संयोजन के लिए जिम्मेदार ठहराता है। सिद्धांत रूप में, वे कहते हैं, प्रभावी द्रव्यमान को मापना आसान है, लेकिन एक महत्वपूर्ण चेतावनी है। "हम बाध्यकारी ऊर्जा बनाम गति में एक परवलय को मापते हैं (जहां गति सीधे 'कोण' से 'कोण-समाधानित फोटोमिशन' में आती है)," वे बताते हैं। "हालांकि, एक त्रि-आयामी ठोस में, यह परवलय त्रि-आयामी परवलय का एक कट है, और यदि हम इसे इसके शीर्ष पर नहीं काटते हैं, तो हम गलत - आमतौर पर उच्च - प्रभावी द्रव्यमान प्राप्त कर सकते हैं।"
राडार आगे बताता है कि ARPES में, x- और y-दिशाओं में संवेग इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन कोण से संबंधित है, लेकिन z-दिशा में संवेग इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले फोटॉनों की ऊर्जा से निर्धारित होता है। BESSY II के मामले में, यह फोटॉन ऊर्जा स्पेक्ट्रम के निर्वात पराबैंगनी क्षेत्र में तरंग दैर्ध्य पर सिंक्रोट्रॉन विकिरण से आती है। प्रयोगात्मक कार्य का मुख्य भाग इसलिए प्रभावी द्रव्यमान निर्धारित करने के लिए सही फोटॉन ऊर्जा ढूंढ रहा था, वे कहते हैं।
सस्ते और स्थिर सोलर सेल के लिए नए समाधानों की तलाश में
एक और कार्य ध्रुवीय के बिना अपेक्षित प्रभावी द्रव्यमान की गणना करना था। "हमने एक उन्नत विधि का उपयोग किया और पाया कि पिछली गणनाओं ने बहुत छोटे प्रभावी द्रव्यमान की भविष्यवाणी की थी," राडार कहते हैं। "इस पिछले काम के साथ समस्या इसलिए प्रयोगात्मक पर आधा और सैद्धांतिक पक्ष में आधा था।"
एक विश्वसनीय तकनीक
राडार ने नोट किया कि एआरपीईएस ने पहले दो गैर-पेरोव्स्काइट यौगिकों, टीआईओओ में ध्रुवीयों की उपस्थिति के कारण प्रभावी इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान में वृद्धि का पता लगाया है।2 और सीनियर टीआईओ3. इसलिए इस प्रकार के माप के लिए यह एक विश्वसनीय तकनीक है, वे कहते हैं। "हमारा निष्कर्ष यह है कि हमारी प्रयोगात्मक पद्धति से पता चलता है कि बड़े ध्रुवों के गठन के लिए कोई संकेत नहीं है," वे कहते हैं। "इस परिणाम से उन सिद्धांतों का पुनर्मूल्यांकन हो सकता है जो लीड हलाइड पेरोव्स्काइट्स के गुणों के लिए उपस्थिति और ध्रुवीयों की एक महत्वपूर्ण भूमिका की भविष्यवाणी करते हैं, सबसे महत्वपूर्ण रूप से सौर-सेल सामग्री के रूप में उनकी उच्च दक्षता।"
अनुवर्ती कार्रवाई के रूप में, शोधकर्ताओं का कहना है कि वे क्रिस्टलीय CsPbBr . के नमूने पर समान माप करना चाहेंगे3 इस पर प्रकाश डालते हुए, लेकिन वे उम्मीद करते हैं कि यह प्रयोगात्मक रूप से "चुनौतीपूर्ण" होगा। वे अपने वर्तमान शोध की रिपोर्ट करते हैं फिजिकल रिव्यू लेटर्स.
