सोलर पेंट: 8 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:21

एक विशेष पेंट जो सूरज की रोशनी से सीधी बिजली पैदा करता है।

कार्बनिक फोटोवोल्टिक (ओपीवी) सस्ती कोटिंग्स के रूप में भारी क्षमता प्रदान करते हैं जो सीधे सूर्य के प्रकाश से बिजली पैदा करने में सक्षम हैं। इन बहुलक मिश्रण सामग्री को रोल-टू-रोल प्रसंस्करण तकनीकों का उपयोग करके बड़े क्षेत्रों में उच्च गति पर मुद्रित किया जा सकता है, जिससे हर छत और कम लागत वाली फोटोवोल्टिक के साथ अन्य उपयुक्त इमारत की सतह को कोटिंग करने की टैंटलाइजिंग दृष्टि तैयार की जा सकती है।

चरण 1: मिनिमल्शन प्रक्रिया के माध्यम से एनपी का संश्लेषण

नैनोपार्टिकल फैब्रिकेशन विधि एक मिनिमल्शन (चित्राबाव) उत्पन्न करने के लिए प्रतिक्रिया मिश्रण में डाले गए अल्ट्रासाउंड हॉर्न के माध्यम से वितरित अल्ट्रासाउंड ऊर्जा का उपयोग करती है। अल्ट्रासाउंड हॉर्न उच्च अपरूपण बल लगाकर उप-माइक्रोमीटर बूंदों के निर्माण को संभव बनाता है। एक तरल जलीय सर्फेक्टेंट-युक्त चरण (ध्रुवीय) को एक मैक्रोइमल्शन उत्पन्न करने के लिए क्लोरोफॉर्म (गैर-ध्रुवीय) में भंग बहुलक के एक कार्बनिक चरण के साथ जोड़ा जाता है, फिर एक मिनीइमल्शन बनाने के लिए अल्ट्रासोनिक बनाया जाता है। बहुलक क्लोरोफॉर्म बूंदें एक जलीय निरंतर चरण के साथ छितरी हुई अवस्था का निर्माण करती हैं। यह बहुलक नैनोकणों को उत्पन्न करने की सामान्य विधि का एक संशोधन है जहां छितरी हुई अवस्था तरल मोनोमर थी।

लघु पायसीकरण के तुरंत बाद, विलायक को छितरी हुई बूंदों से वाष्पीकरण के माध्यम से हटा दिया जाता है, जिससे बहुलक नैनोकण निकल जाते हैं। जलीय चरण में सर्फेक्टेंट की प्रारंभिक एकाग्रता को बदलकर अंतिम नैनोकणों का आकार भिन्न हो सकता है।

चरण 2: वर्षा विधियों के माध्यम से एनपी का संश्लेषण

मिनीइमल्शन दृष्टिकोण के विकल्प के रूप में, अवक्षेपण तकनीक खराब घुलनशीलता के दूसरे विलायक में सक्रिय सामग्री के घोल के इंजेक्शन के माध्यम से अर्धचालक बहुलक नैनोकणों के उत्पादन के लिए एक सरल मार्ग प्रदान करती है।

जैसे, संश्लेषण त्वरित है, सर्फैक्टेंट का उपयोग नहीं करता है, नैनोपार्टिकल संश्लेषण चरण में कोई हीटिंग (और इसलिए, नैनोकणों की कोई पूर्वनिर्मित एनीलिंग) की आवश्यकता नहीं होती है और सामग्री के बड़े पैमाने पर संश्लेषण के लिए आसानी से बढ़ाया जा सकता है। सामान्य तौर पर, फैलाव को कम स्थिरता के लिए दिखाया गया है और अलग-अलग संरचना के कणों की तरजीही वर्षा के कारण खड़े होने पर एक संरचनागत परिवर्तन प्रदर्शित होता है। हालांकि, वर्षा दृष्टिकोण एक सक्रिय मुद्रण प्रक्रिया के हिस्से के रूप में नैनोकणों के संश्लेषण को शामिल करने का अवसर प्रदान करता है, जब आवश्यक हो तो कणों को उत्पन्न किया जाता है। इसके अलावा, हिर्श एट अल। ने दिखाया है कि क्रमिक विलायक विस्थापन द्वारा, उल्टे कोर-शेल कणों को संश्लेषित करना संभव है जहां संरचनात्मक व्यवस्था सामग्री की अंतर्निहित सतह ऊर्जा के विपरीत है।

चरण 3: पीएफबी: एफ8बीटी नैनोपार्टिकुलेट ऑर्गेनिक फोटोवोल्टिक (एनपीओपीवी) सामग्री प्रणाली

पीएफबी की बिजली रूपांतरण दक्षता का प्रारंभिक माप: सौर रोशनी के तहत एफ8बीटी नैनोपार्टिकल डिवाइसों ने जेएससी = 1 × 10 −5 ए सेमी ^ −2 और वोक = 1.38 वी के साथ उपकरणों की सूचना दी, जो (एक सर्वोत्तम अनुमान अघोषित भरण कारक (एफएफ) मानते हुए) थोक मिश्रण उपकरणों से 0.28 का) 0.004% के पीसीई से मेल खाता है।

PFB का एकमात्र अन्य फोटोवोल्टिक माप: F8BT नैनोपार्टिकल डिवाइस बाहरी क्वांटम दक्षता (EQE) प्लॉट थे। पीएफबी: एफ8बीटी नैनोकणों से निर्मित बहुपरत फोटोवोल्टिक उपकरण, जो इन पॉलीफ्लोरीन नैनोपार्टिकल सामग्रियों के लिए देखी गई उच्चतम बिजली रूपांतरण क्षमता का प्रदर्शन करते हैं।

यह बढ़ा हुआ प्रदर्शन पॉलिमर नैनोपार्टिकल में अलग-अलग घटकों की सतह ऊर्जा के नियंत्रण और बहुलक नैनोपार्टिकल परतों के पोस्ट-डिपोजिशन प्रोसेसिंग के माध्यम से प्राप्त किया गया था। गौरतलब है कि इस काम से पता चला है कि गढ़े हुए नैनोपार्टिकुलेट ऑर्गेनिक फोटोवोल्टिक (एनपीओपीवी) उपकरण मानक मिश्रण उपकरणों (चित्रा बाद में) की तुलना में अधिक कुशल थे।

चरण 4: चित्र

नैनोपार्टिकल और बल्क हेटेरोजंक्शन उपकरणों की विद्युत विशेषताओं की तुलना। (ए) पांच-परत पीएफबी के लिए वर्तमान घनत्व बनाम वोल्टेज की भिन्नता: एफ 8 बीटी (पॉली (9, 9-डायऑक्टाइलफ्लोरीन-को-एन, एन'-बीआईएस (4-ब्यूटाइलफेनिल) -एन, एन'-डिपेनिल -1, 4-फेनिलेनेडियम) (पीएफबी); पाली (9, 9-डायऑक्टाइलफ्लोरीन-सह-बेंजोथियाडियाज़ोल (एफ8बीटी)) नैनोपार्टिकुलेट (भरे हुए घेरे) और एक बल्क हेटेरोजंक्शन (खुले घेरे) डिवाइस; (बी) बाहरी क्वांटम दक्षता (ईक्यूई) बनाम की भिन्नता पांच-परत PFB के लिए तरंग दैर्ध्य: F8BT नैनोपार्टिकुलेट (भरे हुए घेरे) और एक बल्क हेटेरोजंक्शन (खुले घेरे) डिवाइस। यह भी दिखाया गया है (धराशायी रेखा) नैनोपार्टिकुलेट फिल्म डिवाइस के लिए EQE प्लॉट है।

पॉलीफ्लोरीन मिश्रण जलीय बहुलक नैनोपार्टिकल (एनपी) फैलाव के आधार पर ओपीवी उपकरणों में सीए और अल कैथोड (सबसे आम इलेक्ट्रोड सामग्री में से दो) का प्रभाव। उन्होंने दिखाया कि पीएफबी: अल और सीए / अल कैथोड के साथ एफ 8 बीटी एनपीओपीवी डिवाइस गुणात्मक रूप से बहुत समान व्यवहार प्रदर्शित करते हैं, अल के लिए ~ 0.4% और सीए / अल के लिए ~ 0.8% के शिखर पीसीई के साथ, और इसके लिए एक अलग अनुकूलित मोटाई है। एनपी डिवाइस (अगला चित्र)। इष्टतम मोटाई पतली फिल्मों [३२, ३३] के लिए मरम्मत और दोषों को भरने के प्रतिस्पर्धी भौतिक प्रभावों और मोटी फिल्मों में तनाव दरार के विकास का परिणाम है।

इन उपकरणों में इष्टतम परत मोटाई महत्वपूर्ण क्रैकिंग मोटाई (सीसीटी) से मेल खाती है जिसके ऊपर तनाव क्रैकिंग होता है, जिसके परिणामस्वरूप कम शंट प्रतिरोध और डिवाइस प्रदर्शन में कमी आती है।

चरण 5: चित्र

पीएफबी के लिए जमा परतों की संख्या के साथ बिजली रूपांतरण दक्षता (पीसीई) की विविधता: एफ 8 बीटी नैनोपार्टिकुलेट ऑर्गेनिक फोटोवोल्टिक (एनपीओपीवी) डिवाइस जो अल कैथोड (भरे हुए सर्कल) और सीए / अल कैथोड (ओपन सर्कल) के साथ निर्मित होते हैं। आंख का मार्गदर्शन करने के लिए बिंदीदार और धराशायी रेखाएं जोड़ी गई हैं। परतों की प्रत्येक संख्या के लिए न्यूनतम दस उपकरणों के विचरण के आधार पर एक औसत त्रुटि निर्धारित की गई है।

तो, F8BT डिवाइस संबंधित BHJ संरचना के सापेक्ष एक्साइटन पृथक्करण को बढ़ाता है। इसके अलावा, Ca/Al कैथोड के उपयोग से इंटरफेशियल गैप स्टेट्स (चित्र बाद में) का निर्माण होता है, जो इन उपकरणों में PFB द्वारा उत्पन्न चार्ज के पुनर्संयोजन को कम करता है और एक अनुकूलित BHJ डिवाइस के लिए प्राप्त स्तर पर ओपन सर्किट वोल्टेज को पुनर्स्थापित करता है।, जिसके परिणामस्वरूप पीसीई 1% के करीब पहुंच गया।

चरण 6: चित्र

पीएफबी के लिए एनर्जी लेवल डायग्राम: कैल्शियम की उपस्थिति में एफ8बीटी नैनोपार्टिकल्स। (ए) कैल्शियम नैनोपार्टिकल सतह के माध्यम से फैलता है; (बी) कैल्शियम पीएफबी-समृद्ध शेल को डोप करता है, जिससे गैप स्टेट्स पैदा होते हैं। कैल्शियम से भरे गैप वाले राज्यों से इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण होता है; (सी) पीएफबी पर उत्पन्न एक उत्तेजना डोप किए गए पीएफबी सामग्री (पीएफबी *) तक पहुंचती है, और एक छेद एक अधिक ऊर्जावान इलेक्ट्रॉन का उत्पादन करते हुए भरे हुए अंतर राज्य में स्थानांतरित होता है; (डी) F8BT पर उत्पन्न एक एक्साइटन से या तो उच्च ऊर्जा PFB निम्नतम अप्रकाशित आणविक कक्षीय (LUMO) या भरी हुई निचली ऊर्जा PFB * LUMO में इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण बाधित होता है।

एनपी-ओपीवी उपकरण जल-छितरी हुई पी3एचटी से निर्मित: पीसीबीएम नैनोकणों ने 1.30% की बिजली रूपांतरण क्षमता (पीसीई) और 35% की चरम बाहरी क्वांटम क्षमता (ईक्यूई) प्रदर्शित की। हालांकि, पीएफबी: एफ8बीटी एनपीओपीवी प्रणाली के विपरीत, पी3एचटी:पीसीबीएम एनपीओपीवी डिवाइस अपने बल्क हेट्रोजंक्शन समकक्षों की तुलना में कम कुशल थे। स्कैनिंग ट्रांसमिशन एक्स-रे माइक्रोस्कोपी (एसटीएक्सएम) से पता चला कि सक्रिय परत एक उच्च संरचित एनपी आकारिकी को बरकरार रखती है और इसमें अपेक्षाकृत शुद्ध पीसीबीएम कोर और एक मिश्रित पी3एचटी:पीसीबीएम शेल (अगला चित्र) से युक्त कोर-शेल एनपी शामिल हैं। हालांकि, एनीलिंग पर, ये एनपीओपीवी डिवाइस व्यापक चरण अलगाव और डिवाइस के प्रदर्शन में इसी कमी से गुजरते हैं। वास्तव में, इस कार्य ने annealed P3HT: PCBM OPV उपकरणों की कम दक्षता के लिए एक स्पष्टीकरण प्रदान किया, क्योंकि NP फिल्म के थर्मल प्रसंस्करण के परिणामस्वरूप सकल चरण अलगाव के साथ प्रभावी रूप से "ओवर-एनील्ड" संरचना होती है, जिससे चार्ज पीढ़ी और परिवहन बाधित होता है।

चरण 7: एनपीओपीवी प्रदर्शन का सारांश

पिछले कुछ वर्षों में रिपोर्ट किए गए एनपीओपीवी उपकरणों के प्रदर्शन का सारांश प्रस्तुत किया गया है

टेबल। तालिका से यह स्पष्ट है कि परिमाण के तीन आदेशों की वृद्धि के साथ एनपीओपीवी उपकरणों के प्रदर्शन में नाटकीय रूप से वृद्धि हुई है।

चरण 8: निष्कर्ष और भविष्य का आउटलुक

जल-आधारित एनपीओपीवी कोटिंग्स का हालिया विकास कम लागत वाले ओपीवी उपकरणों के विकास में एक आदर्श बदलाव का प्रतिनिधित्व करता है। यह दृष्टिकोण एक साथ आकारिकी का नियंत्रण प्रदान करता है और उपकरण उत्पादन में अस्थिर ज्वलनशील सॉल्वैंट्स की आवश्यकता को समाप्त करता है; वर्तमान ओपीवी उपकरण अनुसंधान की दो प्रमुख चुनौतियाँ। दरअसल, पानी आधारित सोलर पेंट का विकास किसी भी मौजूदा प्रिंटिंग सुविधा का उपयोग करके बड़े क्षेत्र के ओपीवी उपकरणों को प्रिंट करने की आकर्षक संभावना प्रदान करता है। इसके अलावा, यह तेजी से मान्यता प्राप्त है कि पानी आधारित प्रिंट करने योग्य ओपीवी प्रणाली का विकास अत्यधिक लाभप्रद होगा और क्लोरीनयुक्त सॉल्वैंट्स पर आधारित वर्तमान सामग्री प्रणालियां व्यावसायिक पैमाने के उत्पादन के लिए उपयुक्त नहीं हैं। इस समीक्षा में वर्णित कार्य से पता चलता है कि नई एनपीओपीवी पद्धति आम तौर पर लागू होती है और एनपीओपीवी डिवाइस पीसीई कार्बनिक सॉल्वैंट्स से बने उपकरणों के साथ प्रतिस्पर्धी हो सकते हैं। हालांकि, इन अध्ययनों से यह भी पता चलता है कि, सामग्री के दृष्टिकोण से, एनपी कार्बनिक सॉल्वैंट्स से बने बहुलक मिश्रणों से पूरी तरह से अलग व्यवहार करते हैं। प्रभावी रूप से, एनपी एक पूरी तरह से नई सामग्री प्रणाली है, और जैसे, ओपीवी डिवाइस निर्माण के पुराने नियम जो कार्बनिक-आधारित ओपीवी उपकरणों के लिए सीखे गए हैं, अब लागू नहीं होते हैं। पॉलीफ्लोरीन मिश्रणों पर आधारित एनपीओपीवी के मामले में, एनपी आकारिकी के परिणामस्वरूप डिवाइस की दक्षता दोगुनी हो जाती है। हालांकि, पॉलीमर के लिए: फुलरीन ब्लेंड्स (जैसे, P3HT: PCBM और P3HT: ICBA), NP फिल्मों में मॉर्फोलॉजी का गठन अत्यधिक जटिल है, और अन्य कारक (जैसे कोर डिफ्यूजन) हावी हो सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप अडॉप्टिमाइज्ड डिवाइस स्ट्रक्चर और क्षमताएं होती हैं। इन सामग्रियों के लिए भविष्य का दृष्टिकोण बेहद आशाजनक है, जिसमें पांच साल से भी कम समय में डिवाइस की क्षमता 0.004% से बढ़कर 4% हो गई है। विकास के अगले चरण में उन तंत्रों को समझना शामिल होगा जो एनपी संरचना और एनपी फिल्म आकारिकी को निर्धारित करते हैं और इन्हें कैसे नियंत्रित और अनुकूलित किया जा सकता है। आज तक, नैनोस्केल पर ओपीवी सक्रिय परतों के आकारिकी को नियंत्रित करने की क्षमता का एहसास होना बाकी है। हालाँकि, हाल के काम से पता चलता है कि एनपी सामग्री का अनुप्रयोग इस लक्ष्य को प्राप्त करने की अनुमति दे सकता है।