टिकाऊ एलुमिना नैनोपार्टिकल्स परोव्स्काइट सोलर सेल की आयु को 10 गुना बढ़ाते हैं

एक नवाचारी शोधकर्ताओं की टीम ने अभी एक अध्ययन जारी किया है जो दर्शाता है कि एलुमिना नैनोपार्टिकल्स सौर पैनलों की आयु को दस गुना तक बढ़ा सकते हैं। जैसे ही वैश्विक समुदाय अगले कुछ दशकों में शून्य कार्बन उत्सर्जन के लक्ष्य के करीब पहुंच रहा है, नवीकरणीय ऊर्जा को बाजार में लाने के लिए तीव्र दबाव है। पवन टरबाइन और सौर पैनल जैसी नवीकरणीय ऊर्जा विकल्प एक विश्वसनीय, स्वच्छ ऊर्जा समाधान प्रदान करते हैं। हालांकि, ये उपकरण पूर्ण नहीं हैं, और उनका प्रदर्शन समय के साथ घटता जाता है।

सौर पैनलों के प्रकार

सौर पैनल तकनीक लगातार विकसित हो रही है। आज बाजार में चार मुख्य प्रकार के सौर पैनल उपलब्ध हैं: PERC, मोनोक्रिस्टलीन, पॉलीक्रिस्टलीन, और थिन-फ़िल्म पैनल। इन विकल्पों के दक्षता, आयु, आकार और टिकाऊपन के संदर्भ में अपने-अपने फायदे और नुकसान हैं।

PERC (पासिवेटेड एमिटर और रियर सेल)

PERC सौर पैनल दोहरी परत डिज़ाइन को एकीकृत करके दक्षता को अधिकतम करते हैं। उल्लेखनीय रूप से, इस प्रकार के पैनल इस सेटअप के साथ +20% दक्षता हासिल कर सकते हैं। यह मध्यम टिकाऊपन और आयु प्रदान करता है। हालांकि, यह सूची में सबसे महंगा विकल्प है, जिससे यह अधिकांश गृहस्वामियों के लिए आदर्श नहीं है।

मोनोक्रिस्टलीन

मोनोक्रिस्टलीन पैनल एक और महंगा विकल्प है जो 20% दक्षता प्रदान करता है। यह पैनल सिलिकॉन क्रिस्टल को आधार सामग्री के रूप में उपयोग करता है। यह सेटअप चार विकल्पों में सबसे लंबी आयु प्रदान करता है, लेकिन यह पैनलों की कुल लागत में भी वृद्धि करता है।

स्रोत – ACS

पॉलीक्रिस्टलीन

पॉलीक्रिस्टलीन पैनल सिलिकॉन के टुकड़ों को मिलाकर बनाए जाते हैं। यह विधि निर्माण लागत को कम करती है, जिससे यह विकल्प अधिक किफायती बनता है। हालांकि, ये इकाइयाँ अपने समकक्षों की तुलना में बड़ी होती हैं और कम दक्षता रखती हैं। अधिकांश मामलों में, इनकी औसत दक्षता 15% होती है।

थिन-फ़िल्म पैनल

थिन-फ़िल्म पैनल सबसे कम दक्षता प्रदान करते हैं, लेकिन सबसे अधिक लचीलापन और किफायतीपन देते हैं। ये वही पैनल हैं जिन्हें आप आरवी और अन्य सीमित स्थान वाले क्षेत्रों में देखते हैं। थिन-फ़िल्म पैनल विभिन्न सामग्रियों से बनाए जा सकते हैं। दो सामान्य विकल्प CdTe (कैडमियम टेल्यूराइड) और a-Si (अमॉर्फस सिलिकॉन) हैं।

परोव्स्काइट सोलर सेल (PSCs)

परोव्स्काइट सोलर सेल आज उपयोग किए जाने वाले सबसे उन्नत प्रकार के सौर पैनल हैं। ये सिलिकॉन-आधारित पैनल हल्के और कॉम्पैक्ट आकार से उच्च दक्षता प्रदान करते हैं। इस लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए, वे स्वयं-संयोजित मोनोलेयर्स (SAMs) को शामिल करते हैं ताकि प्रदर्शन में सुधार हो सके बिना कीमतें बढ़ाए।

PSCs की समस्याएँ

PSCs में अभी भी कई कमियां हैं। एक तो यह है कि वे अन्य पैनल विकल्पों की तरह आयोडीन रिसाव से पीड़ित होते हैं। इन सामग्रियों में रासायनिक प्रतिक्रियाओं के कारण समय के साथ आणविक आयोडीन उत्पन्न होता है, जिससे क्षय प्रक्रियाएं तेज होती हैं और प्रदर्शन घटता है।

एलुमिना नैनोपार्टिकल्स अध्ययन

परव्स्काइट और डिवाइस स्थिरता के नैनोस्केल विद्युत और इलेक्ट्रॉनिक गुणों पर अणु मॉडिफायर्स के प्रभाव को समझने की कमी को पहचानते हुए, सराइ विश्वविद्यालय के इंजीनियरों ने इन उपकरणों की आयु और प्रदर्शन को सुधारने के लिए एक नया तरीका प्रस्तुत किया। रिपोर्ट “परव्स्काइट सोलर सेल में नैनोइंजीनियर्ड बर्डन ऑक्साइड इंटरलेयर के माध्यम से सुधारित स्थिरता और इलेक्ट्रॉनिक समरूपता“¹ EES Solar में प्रकाशित हुई, जो इन सामग्रियों के क्षय प्रक्रिया के दौरान आंतरिक कार्यों को उजागर करती है, जिससे इंजीनियरों को सतह मॉडिफायर्स को बेहतर समझने और भविष्य के उपकरणों को सुधारने के लिए उनका उपयोग करने में मदद मिलती है। अध्ययन के हिस्से के रूप में, टीम ने मुख्य सौर पैनल प्रकारों की टिकाऊपन की तुलना करके परीक्षण शुरू किया।

PFN–Br

यह पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट PSCs में सामान्यतः उपयोग किया जाता है। यह विश्वसनीय प्रदर्शन और मध्यम आयु प्रदान करता है। टीम ने इस सामग्री को अपनाने का निर्णय लिया क्योंकि इसे आज के बाजार में सबसे उन्नत माना जाता है।

एलुमिना (Al₂O₃) नैनोपार्टिकल्स

इंजीनियरों ने अपने शोध के हिस्से के रूप में एलुमिना (Al₂O₃) नैनोपार्टिकल्स विकसित किए। ये छोटे कण समय के साथ सौर पैनल में मुक्त होने वाले आयोडीन को पकड़ने के लिए डिज़ाइन किए गए थे। लक्ष्य आयोडीन को सेल के बाकी हिस्सों में बाहर निकलने और प्रदर्शन को घटाने से रोकना था।

2D परोव्स्काइट्स

इस कार्य को पूरा करने के लिए, इंजीनियरों ने नमी के खिलाफ 2D परोव्स्काइट बाधा बनाई। यह बाधा बाहरी पदार्थों को पैनल में प्रवेश करने से रोकती थी जो क्षय का कारण बनते थे। इस रणनीति ने पैनल की विश्वसनीयता और टिकाऊपन को बढ़ाया।

एलुमिना नैनोपार्टिकल्स परीक्षण

अपनी सिद्धांत की जांच करने के लिए, इंजीनियरों को पैनलों को वास्तविक परिस्थितियों में रखना पड़ा। परीक्षण चरण के हिस्से के रूप में, टीम ने तीव्र गर्मी और नमी स्थितियों को तैयार किया। पैनलों को इन क्षेत्रों में रखा गया और परीक्षण किया गया। X-ray फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (XPS) का उपयोग करके, टीम ने तनावपूर्ण परिस्थितियों में क्षयशील कोशिकाओं की प्रगति को सावधानीपूर्वक ट्रैक किया।

केल्विन प्रोब फोर्स माइक्रोस्कोपी

उसके बाद, इंजीनियरों ने केल्विन प्रोब फोर्स माइक्रोस्कोप का उपयोग करके मॉडिफायर्स के सतह पर प्रभाव और ताज़ा तथा क्षयित नमूनों की इलेक्ट्रॉनिक समरूपता की निगरानी की। KPF माइक्रोस्कोप का उपयोग परोव्स्काइट फ़िल्मों की सतह इलेक्ट्रॉनिक समरूपता का विश्लेषण करने के लिए किया गया। इससे शोधकर्ताओं को यह समझने में मदद मिली कि एलुमिना नैनोपार्टिकल्स कैसे सुधारित स्थिरता और कम क्षय में योगदान देते हैं, बजाय इसके कि उनके संचालन को सीधे देखा जाए।

स्थिरता परीक्षण

स्थिरता परीक्षण में यह देखा गया कि संलग्न नमी बाधा परत तीव्र परिस्थितियों में कैसे टिकती है। प्रत्येक एक्सपोज़र चक्र के बाद उपकरणों का समय-समय पर परीक्षण किया गया। इस रणनीति ने वैज्ञानिकों के लिए प्रत्येक सेल की प्रत्यक्ष तुलना करना आसान बना दिया।

एलुमिना नैनोपार्टिकल्स परीक्षण परिणाम

परीक्षण परिणाम इस तकनीक के लिए बड़ी संभावनाएं दर्शाते हैं। एक बात यह है कि एलुमिना नैनोपार्टिकल्स के साथ निर्मित कोशिकाएं अधिक ऊर्जा उत्पन्न करती हैं और उन्हें हल्का भी बनाया जा सकता है। इन उपकरणों ने 1,530 घंटे के परीक्षण के दौरान न्यूनतम शक्ति उत्पादन क्षय के साथ उच्च प्रदर्शन दिखाया।

विशेष रूप से, नैनोपार्टिकल-समाहित इकाइयों ने पूर्ववर्तियों की तुलना में 10 गुना अधिक आयु प्रदर्शित की। इंजीनियरों ने पाया कि Al₂O₃ नैनोपार्टिकल्स ने परोव्स्काइट संरचना को अधिक समान बनाने में योगदान दिया। इस उन्नत वास्तुकला ने कम दोष और विद्युत कनेक्टिविटी को बढ़ाया।

प्रभावशाली रूप से, नैनोपार्टिकल्स ने 2D सुरक्षा कोटिंग बनाई जो इकाइयों में नमी के प्रवेश को रोकती है। परीक्षणों ने लगभग 4 × 10⁻³ g प्रति m² प्रति दिन की कम जल पारगमन दर दिखाई। इस प्रकार, नई इकाइयाँ प्रतिकूल मौसम स्थितियों और स्थायी स्थापितियों के लिए अधिक उपयुक्त हैं।

एलुमिना नैनोपार्टिकल्स के लाभ

एलुमिना नैनोपार्टिकल्स को अन्य विकल्पों के लिए एक समझदार प्रतिस्थापन बनाने वाले कई लाभों की लंबी सूची है। एक बात यह है कि वे छोटे आकार में उच्च दक्षता प्रदान करते हैं। सीमित स्थान वाले क्षेत्रों, जैसे शहरी छतों, को इन पैनलों से अधिक लाभ मिलेगा।

लंबी आयु

अपने घर या व्यवसाय में सौर ऊर्जा जोड़ना सस्ता नहीं है। एक प्रणाली की लागत अक्सर $50,000 से अधिक होती है। ऐसी कोई भी तकनीक जो इन उपकरणों की आयु बढ़ा सके और लागत कम कर सके, बाजार में तेज़ी से अपनाई जाएगी।

निर्माण में सस्ता

एलुमिना नैनोपार्टिकल पैनल बनाने का एक और मुख्य लाभ यह है कि उनके संभावित आयु वृद्धि को देखते हुए उनका निर्माण लागत कम होती है। जैसे-जैसे सौर पैनल अधिक उन्नत होते जा रहे हैं, नई संस्करणों की कीमत उनके पूर्ववर्तियों से काफी अधिक होती जा रही है। यह नवीनतम वैज्ञानिक प्रगति इस प्रवृत्ति को उलट सकती है और निर्माताओं को कम लागत पर बेहतर उत्पाद प्रदान करने की अनुमति दे सकती है।

एलुमिना नैनोपार्टिकल्स शोधकर्ता

एलुमिना नैनोपार्टिकल्स अध्ययन सराइ विश्वविद्यालय के इंजीनियरों की एक टीम द्वारा प्रस्तुत किया गया था। इसमें मुख्य लेखक के रूप में W. Hashini K. Perera का उल्लेख है, साथ ही नेशनल फिजिकल लैबोरेटरी और यूनिवर्सिटी ऑफ शेफ़ील्ड के सहयोगियों की टीम भी। अब, टीम सौर पैनलों को सुधारने के अपने शोध को आगे बढ़ाने की कोशिश कर रही है, जिसका लक्ष्य तकनीक को इतना परिष्कृत करना है कि 2-5 वर्षों के भीतर व्यावसायिक उत्पाद तैयार किए जा सकें।

सौर पैनल बाजार में अग्रणी कंपनियां

स्वच्छ ऊर्जा की दौड़ ने कई उल्लेखनीय सौर पैनल निर्माताओं और बाजार खिलाड़ियों को उभारा है। नई तकनीक विकसित करने वालों से लेकर पैनलों को स्थापित करने वाले कर्मचारियों तक, यह क्षेत्र लगातार विस्तार कर रहा है। यहाँ एक कंपनी है जो सौर तकनीक में किसी भी बड़े breakthrough का लाभ उठाने और रिटर्न बढ़ाने के लिए तैयार है।

First Solar, Inc.

First Solar Inc. (FSLR ) ने 1999 में विश्वव्यापी बाजार को विश्वसनीय सौर सिस्टम प्रदान करने के लक्ष्य के साथ बाजार में प्रवेश किया। उल्लेखनीय रूप से, कंपनी को सोलर सेल्स से पुनः ब्रांड किया गया था जब वह फोटovoltaic सेल्स (PV) की ओर मोड़ा। वर्तमान में, कंपनी का मुख्यालय टेम्पे, एरिज़ोना में स्थित है और यह सौर ऊर्जा समाधान की एक विस्तृत श्रृंखला प्रदान करती है।

Notably, First Solar is the only major US solar systems provider that doesn’t utilize Chinese manufacturing. The company creates its thin film cadmium telluride (CdTe) panels in the US. Also, First Solar was among the first companies to provide reliable cadmium telluride (CdTe) solar modules to the market.

Those seeking exposure to the solar sector should do more research into First Solar. The company has a good reputation. Also, its market positioning would allow it to introduce new technologies like alumina nanoparticles to improve its products’ performance. As such, First Solar is considered by many as a “Strong Buy.”

First Solar Inc. पर नवीनतम

एलुमिना नैनोपार्टिकल्स सौर पैनलों को अधिक लचीला बनाते हैं

फॉसिल ईंधनों पर निर्भरता कम करने की आवश्यकता ने पिछले दशक में सौर पैनल स्थापितियों में वृद्धि की है। यह नवीनतम शोध लागत कम करके और प्रदर्शन तथा आयु में सुधार करके सौर सिस्टम अपनाने को और बढ़ावा दे सकता है। इसलिए, इस टीम को भविष्य के नवाचारों के द्वार खोलने के लिए सराहना मिलनी चाहिए।

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संदर्भित अध्ययन:

^{1. Perera, W. H. K., Woodgate, T. J., Kim, D. K., Kilbride, R. C., Masteghin, M. G., Smith, C. T. G., Hinder, S. J., Wood, S., Jayawardena, K. D. G. I., & Silva, S. R. P. (2025). परव्स्काइट सोलर सेल में नैनोइंजीनियर्ड बर्डन ऑक्साइड इंटरलेयर के माध्यम से सुधारित स्थिरता और इलेक्ट्रॉनिक समरूपता। EES Solar. https://doi.org/10.1039/d4el00029c}