پیرووسکائٹ مواد اتنے اچھے شمسی خلیات کیوں بناتے ہیں اس کی ایک دیرینہ وضاحت نئی پیمائشوں کی بدولت شک میں پڑ گئی ہے۔ اس سے پہلے، طبیعیات دانوں نے لیڈ ہیلائیڈ پیرووسکائٹس کی سازگار آپٹو الیکٹرانک خصوصیات کو مادے کی کرسٹل جالی کے اندر قطبی ذرات کے رویے سے منسوب کیا تھا۔ تاہم، اب جرمنی کے تفصیلی تجربات BESSY II سنکروٹران انکشاف ہوا کہ کوئی بڑا پولارون موجود نہیں ہے۔ یہ کام اس بات پر تازہ روشنی ڈالتا ہے کہ پیرووسکائٹس کو حقیقی دنیا کی ایپلی کیشنز کے لیے کس طرح بہتر بنایا جا سکتا ہے، بشمول روشنی خارج کرنے والے ڈایڈس، سیمی کنڈکٹر لیزرز اور تابکاری کا پتہ لگانے والے نیز شمسی خلیات۔
لیڈ ہالائڈ پیرووسکائٹس کا تعلق ABX والے کرسٹل لائن مواد کے خاندان سے ہے۔3 ساخت، جہاں A سیزیم، میتھیلمونیم (MA) یا فارمامیڈینیم (FA) ہے؛ B لیڈ یا ٹن ہے؛ اور X کلورین، برومین یا آیوڈین ہے۔ وہ پتلی فلم والے شمسی خلیوں اور دیگر آپٹو الیکٹرانک آلات کے امیدوار ہیں کیونکہ ان کے ٹیون ایبل بینڈ گیپس انہیں شمسی سپیکٹرم میں طول موج کی ایک وسیع رینج پر روشنی کو جذب کرنے کے قابل بناتے ہیں۔ چارج کیریئرز (الیکٹران اور سوراخ) بھی طویل فاصلے پر ان کے ذریعے پھیلتے ہیں۔ یہ بہترین خصوصیات پیرووسکائٹ سولر سیلز کو 18 فیصد سے زیادہ کی پاور کنورژن کارکردگی فراہم کرتی ہیں، جو انہیں شمسی سیل کے قائم کردہ مواد جیسے کہ سلیکون، گیلیم آرسنائیڈ اور کیڈمیم ٹیلرائڈ کے برابر رکھتی ہیں۔
محققین کو ابھی تک یقین نہیں ہے، تاہم، بالکل کیوں چارج کیریئرز پیرووسکائٹس میں اتنا اچھا سفر کرتے ہیں، خاص طور پر چونکہ پیرووسکائٹس میں شمسی سیل کے قائم کردہ مواد سے کہیں زیادہ نقائص ہوتے ہیں۔ ایک مفروضہ یہ ہے کہ پولارون - ایک الیکٹران سے بنے ہوئے مرکب ذرات جو آئنک فونون کے بادل سے گھرے ہوئے ہیں، یا جالی کمپن - اسکرین کے طور پر کام کرتے ہیں، چارج کیریئر کو نقائص کے ساتھ تعامل سے روکتے ہیں۔
الیکٹران کی حرکی توانائی کی پیمائش
تازہ ترین کام میں، ٹھوس ریاست کے ماہر طبیعیات کی قیادت میں ایک ٹیم اولیور ریڈر کی Helmholtz-Zentrum Berlin زاویہ سے حل شدہ فوٹو ایمیشن سپیکٹروسکوپی (ARPES) کے نام سے جانے والی تکنیک کا استعمال کرتے ہوئے اس مفروضے کا تجربہ کیا۔ یہ تکنیک حرکی توانائی کے ذریعے مواد کے الیکٹرانک بینڈ کی ساخت کے بارے میں معلومات حاصل کرتی ہے۔ E= 1/2 mv2 اس کے الیکٹرانوں کا، جہاں m الیکٹران کا ماس ہے اور v اس کی رفتار ہے. الیکٹران کی رفتار کے لحاظ سے لکھا گیا۔ p=mv، یہ تعلق پیرابولا سے مساوی ہے۔ E=(p2)/(2m) جو براہ راست تجربے میں ماپا جا سکتا ہے۔
اگر پولارون واقعی چارج کی نقل و حمل کے دوران موجود ہوتے ہیں، تو الیکٹرانوں کو زیادہ آہستہ حرکت کرنی چاہیے - اور اس طرح ان کا موثر وزن زیادہ ہونا چاہیے - پولارون کے ساتھ تعامل کی بدولت۔ الیکٹران کا موثر ماس جتنا بڑا ہوگا، پیرابولا کا گھماؤ اتنا ہی چھوٹا ہوگا۔ تاہم، ٹیم کے رکن کی قیادت میں پیمائش مریم ساجدی۔ کرسٹل لائن CsPbBr کے نمونوں پر3 پیرابولا کے گھماؤ میں متوقع کمی کی نشاندہی کرنے میں ناکام رہا۔ ریڈر کا کہنا ہے کہ یہ ایک حیرت کی بات تھی، کیونکہ تھیوری نے متعلقہ لیڈ ہیلائیڈ پیرووسکائٹ میں موثر ماس میں 28 فیصد اضافے کی پیش گوئی کی تھی، جب کہ ایک مسابقتی تجربے نے ARPES ڈیٹا سے 50 فیصد اضافہ حاصل کیا تھا۔
Rader تفاوت کو عوامل کے مجموعے سے منسوب کرتا ہے۔ اصولی طور پر، وہ کہتے ہیں، مؤثر ماس کی پیمائش کرنا آسان ہے، لیکن ایک اہم انتباہ ہے۔ "ہم بائنڈنگ انرجی بمقابلہ مومینٹم میں ایک پیرابولا کی پیمائش کرتے ہیں (جہاں رفتار 'زاویہ سے حل شدہ فوٹو اخراج' میں 'زاویہ' سے براہ راست آتی ہے)"، وہ بتاتے ہیں۔ "تاہم، تین جہتی ٹھوس میں، یہ پیرابولا تین جہتی پیرابولائڈ کا ایک کٹ ہے، اور اگر ہم اسے اس کی چوٹی پر نہیں کاٹتے ہیں، تو ہم غلط - عام طور پر زیادہ - مؤثر ماس حاصل کرسکتے ہیں۔"
ریڈر اس بات کی وضاحت کرتا ہے کہ ARPES میں، x- اور y- سمتوں میں رفتار کا تعلق الیکٹران کے اخراج کے زاویے سے ہے، لیکن z- سمت میں رفتار کا تعین الیکٹرانوں کو اکسانے کے لیے استعمال ہونے والے فوٹون کی توانائی سے کیا جاتا ہے۔ BESSY II کے معاملے میں، یہ فوٹون توانائی سپیکٹرم کے ویکیوم الٹرا وایلیٹ خطے میں طول موج پر سنکروٹران تابکاری سے آتی ہے۔ وہ کہتے ہیں کہ تجرباتی کام کا اہم حصہ اس لیے موثر ماس کا تعین کرنے کے لیے صحیح فوٹون توانائی تلاش کر رہا تھا۔
سستے اور مستحکم شمسی خلیوں کے نئے حل کی تلاش میں
ایک اور کام پولارون کے بغیر متوقع موثر ماس کا حساب لگانا تھا۔ ریڈر کا کہنا ہے کہ "ہم نے ایک جدید طریقہ استعمال کیا اور پتہ چلا کہ پچھلے حسابات نے بہت کم موثر ماس کی پیش گوئی کی تھی۔" "اس پچھلے کام کے ساتھ مسئلہ آدھا تجرباتی اور نصف نظریاتی تھا۔"
ایک قابل اعتماد تکنیک
ریڈر نوٹ کرتا ہے کہ اے آر پی ای ایس نے پہلے دو غیر پیرووسکائٹ مرکبات میں پولارون کی موجودگی کی وجہ سے موثر الیکٹران ماس میں اضافہ کا پتہ لگایا ہے، TiO2 اور SrTiO3. اس لیے یہ اس قسم کی پیمائش کے لیے ایک قابل اعتماد تکنیک ہے، وہ کہتے ہیں۔ "ہمارا نتیجہ یہ ہے کہ ہمارے تجرباتی طریقہ سے پتہ چلتا ہے کہ بڑے قطبین کی تشکیل کا کوئی اشارہ نہیں ہے،" وہ کہتے ہیں۔ "یہ نتیجہ ان نظریات کی دوبارہ تشخیص کا باعث بننا چاہئے جو لیڈ ہیلائڈ پیرووسکائٹس کی خصوصیات کے لئے پولارون کی موجودگی اور ایک اہم کردار کی پیش گوئی کرتے ہیں، سب سے اہم بات یہ ہے کہ شمسی سیل مواد کے طور پر ان کی اعلی کارکردگی۔"
فالو اپ کے طور پر، محققین کا کہنا ہے کہ وہ کرسٹل لائن CsPbBr کے نمونے پر اسی طرح کی پیمائش کرنا چاہیں گے۔3 اس پر روشنی ڈالتے ہوئے، لیکن وہ توقع کرتے ہیں کہ یہ تجرباتی طور پر "چیلنج" ہوگا۔ وہ اپنی موجودہ تحقیق کی رپورٹ کرتے ہیں۔ جسمانی جائزہ لینے کے خطوط.
