فوٹو وولٹک ٹیکنالوجی کے لیے ایک اہم پیش رفت میں، جرمنی کے Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) اور Humboldt-Universität کے محققین نے ایک perovskite-CIGS ٹینڈم سولر سیل کے لیے 25.5% کی پاور تبادلوں کی کارکردگی کا نیا عالمی ریکارڈ حاصل کیا ہے۔ یہ سنگ میل، یورپی سولر ٹیسٹ انسٹالیشن (ESTI) کی طرف سے تصدیق شدہ، اس مخصوص مادی امتزاج کے لیے اب تک ریکارڈ کی گئی اعلیٰ ترین کارکردگی کی نمائندگی کرتا ہے اور پتلی-فلم سولر ٹیکنالوجیز کی ترقی میں ایک اہم قدم کی نشاندہی کرتا ہے۔
ٹینڈم فن تعمیر
یہ آلہ کارکردگی میں عالمی ریکارڈ حاصل کرنے کی صلاحیت رکھتا ہے کیونکہ اس کے ڈیزائن میں ایک اوپری سیل (پیرووسکائٹ) اور نچلے خلیے (سی آئی جی ایس) دونوں کو استعمال کیا جاتا ہے جو کہ مل کر اسے بناتے ہیں جسے "مونولیتھک ٹینڈم ڈھانچہ" کہا جاتا ہے۔ لہٰذا، خلیے کا ہر حصہ شمسی توانائی کو شمسی سپیکٹرم کے اندر مختلف طول موجوں پر جذب اور تبدیل کرتا ہے جب کہ نیچے کا خلیہ کم توانائی (اورکت) روشنی کو جذب کرتا ہے۔ اس ڈھانچے کے نتیجے میں، اوپری خلیے کا اوپری حصہ اور نچلے خلیے کا نیچے والا حصہ شمسی سپیکٹرم کے مختلف حصوں کو زیادہ کارکردگی کے ساتھ جذب کر لے گا جتنا کہ کوئی ایک آلہ خود حاصل کرے گا۔ اس طرح کل کارکردگی میں اضافہ ہوتا ہے جب دونوں آلات ایک ساتھ مل کر کام کرتے ہیں۔
پیش رفت کے پیچھے تکنیکی اختراعات
اس ریکارڈ کو حاصل کرنے کے لیے، HZB اور Humboldt-Universität محققین نے آلہ کے فن تعمیر کے متعدد پہلوؤں کو منظم طریقے سے بہتر بنایا۔ انہوں نے CIGS-کی بنیاد پر نیچے کے خلیات کو 1.05 eV اور 1.1 eV کے احتیاط سے ٹیونڈ بینڈ گیپس کے ساتھ، ایلومینیم-کی ڈوپڈ زنک آکسائیڈ تہوں کی دو مختلف موٹائیوں کے ساتھ دریافت کیا۔ اس پیچیدہ بینڈ گیپ انجینئرنگ نے انہیں موجودہ نسل سے اوپر اور نیچے کے ذیلی خلیات کے درمیان بہتر طور پر میچ کرنے کی اجازت دی-ٹینڈم ڈیوائس کی کارکردگی کا ایک اہم عنصر۔
ٹیم نے نکل آکسائیڈ (NiOx) اور خود-اسمبلڈ monolayers (SAMs) کے مختلف امتزاجوں کی جانچ کرتے ہوئے، ہول ٹرانسپورٹ پرت کے مواد کی وسیع اسکریننگ بھی کی۔ یہ انٹرفیس پرتیں فوٹو جنریٹڈ چارج کیریئرز کو نکالنے میں ایک اہم کردار ادا کرتی ہیں جبکہ دوبارہ ملاپ کے نقصانات کو دباتی ہیں-ایک بنیادی کارکردگی-سولر سیلز میں محدود میکانزم۔ بہترین انٹرفیس کنفیگریشنز کی نشاندہی کرکے، محققین بیک وقت چارج سلیکٹیوٹی کو بہتر بنانے اور رابطوں میں توانائی کے نقصانات کو کم کرنے کے قابل تھے۔
شاید سب سے خاص طور پر، ٹیم نے الٹرا-پتلی 1 nm لیتھیم فلورائیڈ (LiF) کی پاسیویشن پرت پر جمع بکمنسٹرفولیرین (C60) کی ابتدائی تھرمل بخارات کی شرح کو درست طریقے سے کنٹرول کرکے الیکٹران-منتخب رابطے کی تشکیل کو بہتر بنایا۔ اس نفیس نقطہ نظر نے اسے قابل بنایا جسے انہوں نے "زیادہ کنٹرول شدہ انٹرفیس کی تشکیل اور بہتر الیکٹرانک سیدھ" کے طور پر بیان کیا ہے، جس سے یہ ظاہر ہوتا ہے کہ رابطہ پرتوں کی نانوسکل انجینئرنگ کارکردگی میں خاطر خواہ فائدہ اٹھا سکتی ہے۔
لیب سیل سے عملی ماڈیول تک
جبکہ ریکارڈ کی کارکردگی 1.081 cm² کے ایک چھوٹے سے -علاقے والے آلے پر حاصل کی گئی تھی، محققین نے یہ ظاہر کیا کہ ان کی اصلاح کو بڑے فارمیٹس میں ترجمہ کیا جا سکتا ہے۔ اسی طرح کے مواد کا استعمال کرتے ہوئے، انہوں نے 2.25 cm² کے رقبے کے ساتھ ایک چھوٹا-ماڈیول بنایا جس نے تقریباً 19.7% کی کارکردگی حاصل کی۔ اگرچہ یہ چھوٹے سیل کی کارکردگی میں نمایاں کمی کی نمائندگی کرتا ہے، لیکن یہ حوصلہ افزا ثبوت فراہم کرتا ہے کہ بنیادی انٹرفیس اور رابطے کی حکمت عملیوں کو لیبارٹری کی ترتیب سے آگے بڑھایا جا سکتا ہے۔
ایک قدم قدم، آخری منزل نہیں۔
شاید اس اعلان کا سب سے دلچسپ پہلو وہ ہے جو یہ مستقبل کے امکانات کے بارے میں تجویز کرتا ہے۔ HZB کے محقق Guillermo Farias Basulto نے نوٹ کیا کہ "ہمارے موجودہ سیل فن تعمیر کے تحت موجود طبیعیات اس بات کی نشاندہی کرتی ہے کہ 25.5% صرف ایک ابتدائی سنگ میل ہے"۔ اسی طرح کے ڈیزائنوں کے اندر-گھریلو ٹیسٹنگ نے پہلے ہی 27.5% تک کی افادیت حاصل کر لی ہے، جس سے یہ ظاہر ہوتا ہے کہ ڈیوائس کے بنیادی تصور میں اب بھی قابل استعمال صلاحیت موجود ہے۔
یہ تحقیق "SOLMATES" پروجیکٹ کے حصے کے طور پر کی گئی تھی، CIGS اور perovskite ٹیکنالوجیز کے انضمام کو دریافت کرنے کے لیے HZB کی قیادت میں EU-کی مالی اعانت سے چلنے والا اقدام۔ اس پروگرام کے تحت HZB کا پچھلا ریکارڈ 24.6% تھا، جس نے 25.5% تک چھلانگ لگاتے ہوئے ایک بامعنی، بڑھتے ہوئے، قدم آگے بڑھایا۔
شمسی توانائی کی صنعت کے لیے مضمرات
یہ کامیابی سولر سیل انڈسٹری کے لیے اہم معنی رکھتی ہے۔ ایک CIGS پتلی-فلم سیل کے روایتی پتلے-فلم سولر سیلز پر کئی فائدے ہوں گے، جیسے لچکدار ہونا، جزوی طور پر روشن حالات میں اچھی کارکردگی کا مظاہرہ کرنے کے قابل ہونا، اور کم پیداواری لاگت کا ہونا۔ سی آئی جی ایس سیل کے فوائد کو پیرووسکائٹ سیلز کے فوائد کے ساتھ ملا کر، سی آئی جی ایس سیلز لچکدار الیکٹرانکس اور بی آئی پی وی میں نئی ایپلی کیشنز کے لیے استعمال کیے جانے کی صلاحیت رکھتے ہیں، جہاں سلکان سیلز استعمال نہیں کیے جا سکتے۔
مطالعہ کے نتائج یہ بھی بتاتے ہیں کہ پیرووسکائٹ-سی آئی جی ایس ٹینڈم سلیکون- پر مبنی ٹینڈم سسٹمز کے ساتھ مسابقتی ہیں۔ صرف ایک پتلی فلم کا استعمال کرتے ہوئے تیار کرنے کے قابل ہونے کے علاوہ، وہ ایک مائکرو میٹر سے کم مواد کا استعمال کرتے ہوئے بھی تیار کیے جا سکتے ہیں۔ ان کا انتہائی-ہلکا پھلکا اور لچکدار ڈیزائن ان کے استعمال کے لیے نئے مواقع فراہم کرے گا-انٹیگریٹڈ حل یا پورٹیبل الیکٹرانک ایپلی کیشنز کے طور پر۔
آگے کی سڑک
جبکہ 25.5% ایک قابل ذکر کامیابی ہے، پیرووسکائٹ-CIGS ٹینڈمز کے لیے نظریاتی کارکردگی کی حد 30% سے زیادہ ہے۔ موجودہ ریکارڈ اور اس نظریاتی حد کے درمیان فرق بتاتا ہے کہ مادی معیار، انٹرفیس انجینئرنگ، اور آپٹیکل مینجمنٹ کی مسلسل اصلاح کے ذریعے خاطر خواہ بہتری ممکن ہے۔ جرمن ٹیم کا منظم طریقہ کار-متعدد بینڈ گیپس، ٹرانسپورٹ پرت کے امتزاج، اور رابطہ انجینئرنگ حکمت عملی-مستقبل کی کوششوں کے لیے ایک طریقہ کار کا خاکہ فراہم کرتا ہے۔
جیسے جیسے عالمی شمسی صنعت تیزی سے پھیل رہی ہے، ٹینڈم سیل ٹیکنالوجی میں ایجادات شمسی توانائی کی لاگت کو کم کرنے میں تیزی سے اہم کردار ادا کریں گی۔ جرمن محققین کا پیرووسکائٹ کے لیے 25.5% کارکردگی کا کارنامہ گھر کے اندر-نتائج پہلے ہی بتا رہے ہیں کہ 27.5% پہنچ کے اندر ہے، اور نظریاتی حد اب بھی بہت زیادہ ہے، حقیقی معنوں میں تبدیلی کی شمسی کارکردگی کی طرف سفر بہت دور ہے۔
