ভূমিকা

অল-পেরোভস্কাইট ট্যান্ডেম সোলার মডিউলগুলিকে তাদের উচ্চ দক্ষতা এবং কম খরচের সম্ভাবনার কারণে পরবর্তী প্রজন্মের ফটোভোলটাইক প্রযুক্তির জন্য একটি শক্তিশালী প্রতিযোগী হিসাবে বিবেচনা করা হয়। তবে বড় এলাকায় বাণিজ্যিকীকরণ গুরুতরভাবে বাধাগ্রস্ত হয়েছে। ছোট এলাকার ডিভাইসগুলি ইতিমধ্যে 30% দক্ষতা অতিক্রম করলেও, বড় এলাকার মডিউলগুলি (≥20 cm²) দীর্ঘদিন ধরে প্রায় 24.5% এ আটকে আছে। প্রধান কারণগুলি হল প্রচলিত সোনা-ভিত্তিক টানেল রিকম্বিনেশন জংশনে (TRJ) Au/PEDOT:PSS কাঠামোর শক্তিশালী নিকট-অবলোহিত প্যারাসিটিক শোষণ এবং ইন্টারফেসিয়াল তাপীয় অস্থিরতা, পাশাপাশি ব্লেড কোটিংয়ের সময় অসম স্ফটিকায়নের কারণে বড় এলাকার Pb-Sn পেরোভস্কাইট ফিল্মে ক্ষয়প্রাপ্ত চার্জ পরিবহন।

এই গবেষণাটি পৃষ্ঠ-ইঞ্জিনিয়ারড In₂O₃ ন্যানোক্রিস্টালের উপর নির্মিত একটি দ্রবণ-প্রক্রিয়াজাত TRJ তৈরি করে। ন্যানোক্রিস্টাল মরফোলজি এবং পৃষ্ঠ রসায়ন টিউন করে, দলটি উচ্চ অপটিক্যাল স্বচ্ছতা, মসৃণ ইন্টারফেস এবং আদর্শ শক্তি স্তর সারিবদ্ধতা অর্জন করেছে। একই সময়ে, Pb-Sn পেরোভস্কাইট অগ্রদূতে ফসফোনিক-অ্যাসিড-টাইপ অ্যাডিটিভ যুক্ত করা হয়েছিল In₂O₃ রিকম্বিনেশন স্তরের সাথে ইলেকট্রনিক যোগাযোগ উন্নত করতে, গর্ত নিষ্কাশন বাড়াতে এবং বড় এলাকার ফিল্মে অবশিষ্ট স্ট্রেন উপশম করতে স্ফটিকায়ন গতিবিদ্যা টিউন করতে। এই সম্মিলিত কৌশলটি জংশনে ক্যারিয়ার রিকম্বিনেশন দক্ষতা, চার্জ নিষ্কাশন এবং বড় এলাকার ফিল্মের একরূপতা একসাথে বাড়িয়ে তোলে, শেষ পর্যন্ত 65 cm² অ্যাপারচার এলাকায় JET-প্রত্যয়িত 26.2% দক্ষতা প্রদান করে (VOC = 2.182 V, FF = 77.4%, JSC = 15.6 mA cm⁻²) — অল-পেরোভস্কাইট ট্যান্ডেম ফটোভোলটাইক স্কেল আপ করার পথে একটি মূল মাইলফলক।

নতুন TRJ-এর নকশা এবং সুবিধা

কাজটি একটি দ্রবণ-প্রক্রিয়াজাত বিকল্প প্রস্তাব করে: একটি নতুন টিআরজে (টাইপ III) যা পৃষ্ঠ-ইঞ্জিনিয়ারড ইন্ডিয়াম অক্সাইড ন্যানোক্রিস্টাল (In₂O₃ NCs) থেকে নির্মিত। এটি প্রচলিত Au/PEDOT:PSS টাইপ I কাঠামো এবং বাণিজ্যিক ITO ন্যানোক্রিস্টালের উপর ভিত্তি করে টাইপ II কাঠামোর সাথে পদ্ধতিগতভাবে তুলনা করা হয়েছে।

গঠন এবং ইন্টারফেস বৈশিষ্ট্য

স্ব-সংশ্লেষিত In₂O₃ NCs-এর কণার আকার বাণিজ্যিক ITO NCs-এর তুলনায় অনেক ছোট, যা একটি মসৃণ সমাহিত ইন্টারফেস গঠন করে এবং কার্যকরভাবে যোগাযোগের ত্রুটির ঘনত্ব কমায়। বৈদ্যুতিক পরীক্ষায় দেখা যায় টাইপ III কাঠামো আদর্শ ওমিক যোগাযোগ আচরণ প্রদর্শন করে যেখানে কোনো চার্জ পরিবহন বাধা নেই।

অপটিক্যাল এবং তাপীয় স্থিতিশীলতা

অপটিক্যাল বৈশিষ্ট্যায়ন দেখায় যে টাইপ I-তে PEDOT:PSS গুরুতর প্যারাসাইটিক শোষণ ক্ষতি ঘটায়, যেখানে In₂O₃ NC ফিল্ম অত্যন্ত অপটিক্যালি স্বচ্ছ। 85°C ত্বরিত তাপীয় বার্ধক্যের অধীনে, টাইপ I মডিউলের কার্যকারিতা 50 ঘন্টার মধ্যে তার প্রাথমিক মানের অর্ধেকের নিচে নেমে গেছে, যেখানে NC-ভিত্তিক টাইপ II এবং টাইপ III 200 ঘন্টা পরেও প্রাথমিক কার্যকারিতার প্রায় 75% ধরে রেখেছে। 10×10 cm² সাবস্ট্রেটে, ব্লেড-কোটেড NC ফিল্মগুলি পাতলা তাপীয়ভাবে বাষ্পীভূত Au ফিল্মের তুলনায় অনেক বেশি অভিন্ন অপটিক্যাল শোষণ দেখিয়েছে, যা স্কেলেবল ম্যানুফ্যাকচারিংয়ে দ্রবণ-প্রক্রিয়াজাত ন্যানোক্রিস্টালের অন্তর্নিহিত সুবিধা সম্পূর্ণরূপে প্রদর্শন করে।

বৃহৎ-ক্ষেত্রের পেরোভস্কাইট ফিল্ম তৈরির অপ্টিমাইজেশন

টিআরজে-র অপটিক্যাল ক্ষতি এবং অস্থিরতা সমাধানের পর, বৃহৎ-ক্ষেত্রের Pb-Sn পেরোভস্কাইট ফিল্মের অভিন্ন উৎপাদন পরবর্তী প্রযুক্তিগত বাধা হয়ে দাঁড়ায়। প্রচলিত DMF/DMSO দ্রাবক সিস্টেমের উচ্চ স্ফুটনাঙ্ক এবং ধীর উদ্বায়ীতা রয়েছে, তাই উচ্চ-গতির ব্লেড কোটিংয়ের সময় তাদের নিউক্লিয়েশন গতিবিদ্যা পিছিয়ে যায়, যার ফলে বড় সাবস্ট্রেটে অভিন্ন ফিল্ম গঠন করা কঠিন হয়।

এটি সমাধানের জন্য, দলটি 2-মিথক্সিইথানল (2-Me) এবং টেট্রাহাইড্রোফুরান (THF) ভিত্তিক একটি বাইনারি দ্রাবক সিস্টেম তৈরি করেছে। এর কম স্ফুটনাঙ্ক এবং উচ্চ বাষ্পচাপের কারণে, এই সিস্টেম দ্রুত ক্রিটিক্যাল সুপারস্যাচুরেশনে পৌঁছায় এবং নিউক্লিয়েশনকে উল্লেখযোগ্যভাবে ত্বরান্বিত করে। এটি ব্যবহার করে, Pb-Sn পেরোভস্কাইট ব্লেড-কোটিং গতি ঐতিহ্যবাহী DMF সিস্টেমের 5 mm/s থেকে বাড়িয়ে 30 mm/s করা হয়েছে, যা 10×10 cm² এবং তার চেয়ে বড় সাবস্ট্রেটে অত্যন্ত অভিন্ন ফটোলুমিনেসেন্স (PL) তীব্রতা এবং চমৎকার ডিভাইস ধারাবাহিকতা প্রদান করে। এটি সফলভাবে বৃহৎ-ক্ষেত্রের কোটিংয়ের ক্রিস্টালাইজেশন-গতিবিদ্যা চ্যালেঞ্জ মোকাবেলা করেছে এবং 65 cm² অ্যাপারচার এলাকায় 17.5% কার্যকারিতার প্রাথমিক বৈধতা অর্জন করেছে।

পৃষ্ঠ লিগ্যান্ড ইঞ্জিনিয়ারিং এবং শক্তি-স্তর মিল

PEDOT:PSS অপসারণের পর, অপটিক্যাল ক্ষতি কমেছে, কিন্তু ওপেন-সার্কিট ভোল্টেজ (VOC) এবং ফিল ফ্যাক্টর (FF) কমে গেছে, যা পেরোভস্কাইট এবং NC স্তরের মধ্যে বর্ধিত ইন্টারফেসিয়াল পরিবহন বাধা এবং নন-রেডিয়েটিভ পুনর্মিলনের কারণে হয়েছে। এই সমস্যা সমাধানের জন্য, গবেষণাটি একটি দ্বৈত সমন্বয়মূলক অপ্টিমাইজেশন কৌশল প্রয়োগ করেছে:

শক্তি স্তর টিউন করার জন্য সারফেস লিগ্যান্ড ইঞ্জিনিয়ারিং

লিগ্যান্ড এক্সচেঞ্জের মাধ্যমে, MMES এবং MMPA ব্যবহার করে In₂O₃ NC-এর পৃষ্ঠ পরিবর্তন করা হয়েছে। UV ফটোইলেক্ট্রন স্পেকট্রোস্কোপি (UPS) দেখিয়েছে যে MMPA-পরিবর্তিত In₂O₃ NC টার্গেট পেরোভস্কাইট ফিল্মের সাথে অনুকূল ইন্টারফেসিয়াল ব্যান্ড বেন্ডিং অর্জন করে (প্রায় 50 meV উপরের দিকে বাঁকানো), যা হোল নিষ্কাশনকে উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত করে, যেখানে OAm বা MMES পরিবর্তনের ফলে নিচের দিকে বাঁকানো এবং পরিবহন বাধা সৃষ্টি হয়। স্পেস-চার্জ-লিমিটেড কারেন্ট (SCLC) পরীক্ষাগুলি মোবিলিটিতে কোনো লিগ্যান্ড হস্তক্ষেপ বাতিল করেছে, নিশ্চিত করে যে কর্মক্ষমতা লাভ মূলত অপ্টিমাইজড শক্তি-স্তর সারিবদ্ধকরণ থেকে আসে।

ফসফোনিক-অ্যাসিড হোল-সিলেক্টিভ ম্যাটেরিয়াল (HSM) দিয়ে বাল্ক ডোপিং

দলটি ফসফোনিক-অ্যাসিড HSM যেমন MeO-2PACz সরাসরি Pb-Sn পেরোভস্কাইট প্রিকার্সরে (0.2 mol% এ অপ্টিমাইজড) ডোপ করেছে, শুধুমাত্র ইন্টারফেস পরিবর্তনের মধ্যে সীমাবদ্ধ না রেখে। এই বাল্ক ডোপিং কৌশলটি বড় এলাকায় অসম SAM কভারেজের সমস্যা এড়ায়। UPS দেখিয়েছে যে HSM ডোপিংয়ের পর পেরোভস্কাইটের ওয়ার্ক ফাংশন 5.04 eV থেকে 4.81 eV এ স্থানান্তরিত হয়েছে, ভ্যালেন্স ব্যান্ড সর্বোচ্চ উপরে উঠেছে, এবং n-টাইপ চরিত্র দুর্বল হয়েছে, যা In₂O₃ NC-এর শক্তি স্তরের সাথে আরও ভালভাবে মেলে। ফলস্বরূপ HTL-মুক্ত একক-জংশন Pb-Sn সেল 23% দক্ষতা অর্জন করেছে, যখন In₂O₃-MMPA NC কে হোল ট্রান্সপোর্ট লেয়ার (HTL) হিসাবে ব্যবহার করে একটি ব্লেড-কোটেড ডিভাইস 24.0% রিভার্স-স্ক্যান দক্ষতা এবং 33.8 mA cm⁻² পর্যন্ত JSC অর্জন করেছে।

পেরোভস্কাইট ফিল্মে HSM-এর একাধিক ভূমিকা

HSM-এর ভূমিকা শুধু চার্জ পরিবহনের মধ্যে সীমাবদ্ধ নয় - এটি ফিল্মের ক্রিস্টালাইজেশন এবং ডিফেক্ট প্যাসিভেশনকে গভীরভাবে প্রভাবিত করে:

ক্রিস্টালাইজেশন নিয়ন্ত্রণ এবং ডিফেক্ট দমন

স্ক্যানিং ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপি (SEM) দেখিয়েছে যে HSM ডোপিংয়ের পরে Pb-Sn ফিল্মের গ্রেইন সীমানা জুড়ে থাকা ডেনড্রাইটিক অমেধ্য অদৃশ্য হয়ে গেছে, গ্রেইনের আকার উল্লেখযোগ্যভাবে বেড়েছে, এবং গ্রেইন সীমানাগুলি 'ফিউজড' চেহারা নিয়েছে। GIWAXS এবং XRD নিশ্চিত করেছে যে HSM কার্যকরভাবে PbI₂ অমেধ্য ফেজ গঠন দমন করে। তরল-অবস্থা ¹H NMR আরও প্রকাশ করেছে যে HSM, পছন্দের ডিপ্রোটোনেশনের মাধ্যমে, মুক্ত অ্যাসিডিক ফসফোনিক গ্রুপগুলি গ্রাস করে, যার ফলে FA⁺ ক্যাটায়নের অ্যাসিডিক ডিপ্রোটোনেশন প্রতিরোধ করে এবং প্রিকার্সর রসায়নকে স্থিতিশীল করে।

উন্নত ক্যারিয়ার গতিবিদ্যা

ক্ষণস্থায়ী শোষণ স্পেকট্রোস্কোপি (TAS) দেখিয়েছে যে HSM ডোপিংয়ের পরে ত্রুটি-সহায়ক অ-বিকিরণশীল পুনর্মিলন উল্লেখযোগ্যভাবে দমন করা হয়েছে। স্থির-অবস্থার PL তীব্রতা তীব্রভাবে বৃদ্ধি পেয়েছে, গড় PL জীবনকাল 1042 ns থেকে 1889 ns পর্যন্ত বেড়েছে, বিশেষ করে নীচের ইন্টারফেসে শক্তিশালী প্যাসিভেশন সহ, কার্যকরভাবে সমাহিত ইন্টারফেসে চার্জ ট্র্যাপিং হ্রাস করেছে। OPTP স্পেকট্রোস্কোপি দেখিয়েছে যে টার্গেট ফিল্মের ক্যারিয়ার গতিশীলতা 20 cm² V⁻¹ s⁻¹ থেকে 36 cm² V⁻¹ s⁻¹ এবং বিস্তার দৈর্ঘ্য 2.65 μm থেকে 4.78 μm পর্যন্ত বৃদ্ধি পেয়েছে, যা বাল্ক ফিল্মের গুণমানে সর্বাঙ্গীণ উন্নতি নিশ্চিত করে।

বৃহৎ-ক্ষেত্র মডিউলের কর্মক্ষমতা এবং স্থিতিশীলতা

এই সমন্বিত কৌশলগুলির উপর ভিত্তি করে, দলটি 65 cm² অ্যাপারচার এলাকা (সিরিজে 14টি উপ-কোষ) সহ একটি অল-পেরোভস্কাইট ট্যান্ডেম মডিউল তৈরি করেছে। টাইপ III (In₂O₃-MMPA) TRJ ব্যবহার করে চ্যাম্পিয়ন মডিউলটি 26.6% ল্যাব-পরীক্ষিত দক্ষতা (রিভার্স স্ক্যান) অর্জন করেছে, যার VOC 30.4 V, JSC 1.12 mA cm⁻², এবং FF 78.2%। এর JET-প্রত্যয়িত স্থিতিশীল দক্ষতা 26.2% এ পৌঁছেছে, যা প্রচলিত টাইপ I TRJ (24.8%) ব্যবহার করে নিয়ন্ত্রণ মডিউলের তুলনায় স্পষ্টভাবে উন্নত। ডেড-জোন অপ্টিমাইজেশনের পরে, জ্যামিতিক ফিল ফ্যাক্টর 96.5% এ পৌঁছেছে, যা 27.6% পর্যন্ত সমতুল্য সক্রিয়-ক্ষেত্র দক্ষতা দেয়। EQE স্থানিক ম্যাপিং দেখিয়েছে যে, 16টি ভিন্ন অবস্থান জুড়ে, উপরের এবং নীচের উপ-কোষের সমন্বিত কারেন্ট ঘনত্ব যথাক্রমে গড়ে 16.3 এবং 16.2 mA cm⁻² — J-V ফলাফলের সাথে ঘনিষ্ঠভাবে মিলে যায় এবং উভয়ই পূর্বে রিপোর্ট করা সাব-15 mA cm⁻² মডিউল বাধা ভেঙে দেয়।

নির্ভরযোগ্যতার ক্ষেত্রে, IEC 61215:2021 মান অনুসরণ করে, এনক্যাপসুলেটেড টাইপ III মডিউলটি ক্রমাগত 1-সান MPP ট্র্যাকিংয়ের অধীনে 771 ঘন্টার T90 জীবনকাল (প্রাথমিক দক্ষতার 90% ধরে রাখা) অর্জন করেছে এবং 1000 ঘন্টা পরেও 82.5% দক্ষতা ধরে রেখেছে। চাহিদাপূর্ণ 85°C/85% RH ড্যাম্প-হিট পরীক্ষায় (ISOS-D-3), টাইপ III মডিউলটি গড়ে 1000 ঘন্টার T84 জীবনকাল অর্জন করেছে, যখন টাইপ I মডিউলটি ইতিমধ্যে 40% দক্ষতার নিচে নেমে গেছে; -40°C থেকে 85°C তাপীয় সাইক্লিং পরীক্ষায় (ISOS-T-3), টাইপ III মডিউলটি 200 চক্রের পরে প্রাথমিক দক্ষতার 93% ধরে রেখেছে। সমস্ত ত্বরিত বার্ধক্য পরীক্ষা নিশ্চিত করেছে যে টাইপ III এর অসাধারণ স্থিতিশীলতা PEDOT:PSS দ্বারা ট্রিগার হওয়া অস্থিতিশীলতার কারণগুলি সম্পূর্ণরূপে দূর করার কারণে।

পৃষ্ঠ-ইঞ্জিনিয়ারড In₂O₃ ন্যানোক্রিস্টাল রিকম্বিনেশন জংশন এবং সমন্বিত বাল্ক/ইন্টারফেস HSM ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের মাধ্যমে, এই কাজটি 65 cm² অ্যাপারচার এলাকায় 26.2% সার্টিফাইড দক্ষতা সম্পন্ন অল-পেরোভস্কাইট ট্যান্ডেম সোলার মডিউল সফলভাবে অর্জন করেছে, যা মডিউল আকার, দক্ষতা এবং অপারেশনাল স্থিতিশীলতায় ব্যাপক অগ্রগতি এনেছে। কাজটি অল-পেরোভস্কাইট ট্যান্ডেম ফটোভোল্টাইক প্রযুক্তির বাণিজ্যিকীকরণের সম্ভাবনা দৃঢ়ভাবে প্রদর্শন করে। সামনের দিকে, মডিউল এলাকা 800 cm² এর বাইরে নিয়ে যেতে স্লট-ডাই কোটিংয়ের মতো ডিপোজিশন প্রক্রিয়া এবং ভ্যাকুয়াম-সহায়ক ক্রিস্টালাইজেশনের মতো পদ্ধতির সমন্বিত অপ্টিমাইজেশন প্রয়োজন হবে, যাতে বড় এলাকার প্রশস্ত- এবং সংকীর্ণ-ব্যান্ডগ্যাপ সাব-সেলগুলির উচ্চ-মানের, অভিন্ন উৎপাদন নিশ্চিত করা যায়।

রেফারেন্স এবং টেস্টিং সরঞ্জাম

একটি A+AA+ গ্রেড LED সোলার সিমুলেটরকে এজিং উৎস হিসেবে ব্যবহার করে একটি কম্পোজিট পেরোভস্কাইট MPPT টেস্টার উন্নত প্রযুক্তি এবং বহুমুখী ডিজাইনের মাধ্যমে পেরোভস্কাইট সোলার সেল গবেষণায় শক্তিশালী সহায়তা প্রদান করে। এই ধরনের যন্ত্রগুলি প্রধানত সমাপ্ত পেরোভস্কাইট সিঙ্গেল-জংশন এবং ট্যান্ডেম সেলগুলির স্থিতিশীলতা পরীক্ষার জন্য ব্যবহৃত হয়। যেহেতু পেরোভস্কাইট সেলগুলির আউটপুট বৈশিষ্ট্যগুলি আলো এবং তাপমাত্রার মতো পরিবেশগত কারণগুলির দ্বারা সহজেই প্রভাবিত হয়, তাই সর্বোচ্চ পাওয়ার পয়েন্ট ঘন ঘন ওঠানামা করে। একটি MPPT কন্ট্রোলার রিয়েল টাইমে সর্বোচ্চ পাওয়ার পয়েন্ট ট্র্যাক এবং লক করে, নিশ্চিত করে যে সিস্টেম সর্বদা সর্বোত্তম পাওয়ার আউটপুটে কাজ করে।

রেফারেন্স: ন্যানোক্রিস্টাল-টেইলার্ড রিকম্বিনেশন ফর অল-পেরোভস্কাইট ট্যান্ডেম সোলার মডিউল

Ooitech-এর দৃষ্টিভঙ্গি

Ooitech বিশ্বাস করে: পৃষ্ঠ-ইঞ্জিনিয়ারড In₂O₃ ন্যানোক্রিস্টাল রিকম্বিনেশন জংশন এবং HSM বাল্ক/ইন্টারফেস ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের সাথে মিলিত হয়ে বড় এলাকার অল-পেরোভস্কাইট ট্যান্ডেম মডিউলগুলিকে সার্টিফাইড 26.2% দক্ষতায় পৌঁছে দিয়েছে, যা এই প্রযুক্তিকে বাণিজ্যিকীকরণের দিকে একটি সিদ্ধান্তমূলক পদক্ষেপ এগিয়ে নিয়ে গেছে।