মহাকাশে পেরোভস্কাইটে মার্টিন গ্রিনের দল: ২০% ক্ষতি
সূচিপত্র
দ্রুত উত্তর: মার্টিন গ্রিনের গোষ্ঠীর গবেষণা মহাকাশে পেরোভস্কাইট সৌর কোষ সম্পর্কে একটি সাধারণ ধারণাকে নতুন করে ব্যাখ্যা করে। মহাকাশ ফটোভোলটাইকের জন্য সবচেয়ে বেশি উল্লিখিত বাধা হলো মহাজাগতিক বিকিরণ, কিন্তু এখানকার পরিমাপ বরং তাপমাত্রা চক্রের দিকে ইঙ্গিত করে: কক্ষপথে একটি পেরোভস্কাইট কোষ প্রায় ৮০ °C শীর্ষ থেকে −৮০ °C পর্যন্ত ওঠানামা করে, এবং উপাদানটি সেই পরিসরটি বিকিরণ পরিবেশের মতো ভালোভাবে সহ্য করতে পারে না। NOAA-21 থেকে প্রাপ্ত স্যাটেলাইট ডেটা স্বল্প সময়ের মধ্যে প্রায় 6.77 °C এবং 16 °C ওঠানামাসহ তাপমাত্রার পরিবর্তন রেকর্ড করেছে, এবং বিশ্লেষণে এগুলোর সঙ্গে 1.89 °C এবং 1.67 °C-এর কাছাকাছি বিকিরণ-শীতলীকরণের পরিসংখ্যানের তুলনা করা হয়েছে। ব্যবহারিক উপসংহার হলো, পেরোভস্কাইট মহাকাশ উন্নয়ন প্রথমে তাপীয় স্থিতিশীলতার লক্ষ্যে হওয়া উচিত। স্থলজ উৎপাদনের জন্য, একই ভঙ্গুরতাই পেরোভস্কাইট ট্যানডেম কোষের জন্য ল্যামিনেশন ও এনক্যাপসুল্যান্ট উইন্ডোকে সিলিকনের তুলনায় সংকীর্ণ করে তোলে।
PV মডিউল ম্যানুফ্যাকচারিং · জেরি, Ooitech দ্বারা
ভূমিকা
একটি আশ্চর্যজনক তথ্য: পেরোভস্কাইটের 'মহাকাশ স্বপ্নের' সবচেয়ে বড় বাধা মহাজাগতিক বিকিরণ নয় — বরং তাপমাত্রার ওঠানামা যা একটি স্যাটেলাইট দিনে ১৫ বার পৃথিবী প্রদক্ষিণ করার সময় সহ্য করে। প্রায় একই ওঠানামা যা ক্রিস্টালাইন সিলিকন মডিউল একটি TC পরীক্ষায় সম্মুখীন হয়।
কয়েকদিন আগে একজন বন্ধু যিনি স্যাটেলাইট পাওয়ার সিস্টেমে কাজ করেন আমাকে জিজ্ঞাসা করলেন: 'তোমরা পিভি লোকেরা সবসময় বলো পেরোভস্কাইট কতটা কার্যকর। এটি কি ছোট স্যাটেলাইটে ব্যবহার করা যাবে? এটি হালকা, উচ্চ শক্তি ঘনত্ব।'
আমি বললাম: 'দক্ষতার দিকে তাড়াহুড়ো করবেন না। আপনি কি জানেন একটি স্যাটেলাইট কক্ষপথে একদিনে কতগুলি তাপীয় শক সহ্য করে?'
সে বলল: 'দিনে গরম আর রাতে ঠান্ডা, তাই না?'
'হ্যাঁ, কিন্তু আপনি কি জানেন এটি কত দ্রুত -80°C থেকে +80°C পর্যন্ত গরম হয়?'
সে ভাবল: 'প্রতি মিনিটে কয়েক ডিগ্রি?'
'পরিমাপিত তথ্য: প্রতি মিনিটে ৬.৭৭°C। কিছু ল্যাব, মহাকাশ পরিবেশ অনুকরণ করতে, সরাসরি প্রতি মিনিটে ১৬°C পর্যন্ত নিয়ে যায়।'
সে থামল: 'পেরোভস্কাইট কি তা সহ্য করতে পারে?'
'পারে না। নেচারের একটি সহযোগী জার্নালে এই বিষয়ে একটি নতুন গবেষণাপত্র রয়েছে।'
এই গবেষণাপত্রটি (Energy & Environmental Science, DOI:10.1039/d5ee03704b) UNSW, কোরিয়ার KRICT এবং যুক্তরাজ্যের University of Surrey-এর মধ্যে একটি সহযোগিতা। তারা প্রকৃত স্যাটেলাইট তথ্য ব্যবহার করে একটি পরীক্ষার মান নির্ধারণ করেছে, তারপর পেরোভস্কাইটকে -80°C থেকে +80°C তাপীয় শক চেম্বারে ১০০ চক্রের জন্য ফেলে দেখেছে কী টিকে থাকে।
আমি এটি সরল পিভি ভাষায় ব্যাখ্যা করছি।
মহাকাশে তাপীয় শক আপনার ধারণার চেয়ে অনেক বেশি কঠোর
নিম্ন পৃথিবী কক্ষপথে (LEO, উচ্চতা 200-2000 কিমি), একটি উপগ্রহ দিনে প্রায় 15 বার পৃথিবী প্রদক্ষিণ করে। প্রতিটি কক্ষপথ সূর্যালোক থেকে পৃথিবীর ছায়ায় এবং আবার সূর্যালোকে পরিবর্তনের মধ্য দিয়ে যায়।
এই প্রক্রিয়াটি কত দ্রুত?
চিত্র 2c দেখুন: NOAA-21 উপগ্রহ থেকে পরিমাপিত তথ্য — ছায়া থেকে সূর্যালোকে যাওয়ার সময়, তাপমাত্রা বৃদ্ধির হার 6.77°C/মিনিট। সূর্যালোক থেকে ছায়ায় যাওয়ার সময়, শীতলীকরণের হার মৃদু, প্রায় 1.89°C/মিনিট (কারণ তাপ বিকিরণের মাধ্যমে অপসারিত হয়, যা ধীর)।
এই হার স্থল-স্তরের IEC 61215 মানদণ্ডের প্রয়োজনীয় 1.67°C/মিনিটের চেয়ে 4 গুণ দ্রুত।
উপগ্রহের পৃষ্ঠের তাপমাত্রা পরিসীমা -90°C থেকে +80°C পর্যন্ত পরিমাপ করা হয়েছে (চিত্র 1b)। ECSS (ইউরোপীয় সহযোগিতা মহাকাশ মানককরণ) যোগ্যতা পরিসীমা আরও বিস্তৃত: -175°C থেকে +125°C।
সুতরাং এই গবেষণাপত্রটি নিম্নলিখিত ত্বরিত পরীক্ষার শর্ত নির্ধারণ করেছে (চিত্র 2d):
তাপমাত্রা পরিসীমা: -80°C ↔ +80°C
র্যাম্প রেট: 16°C/মিনিট
চক্রের সংখ্যা: 100
16°C/মিনিট NOAA-21 পরিমাপিত হারের 2.4 গুণ। এটি আর 'সিমুলেশন' নয় — এটি ত্বরিত বার্ধক্য, উপাদানের দুর্বলতা দ্রুত প্রকাশ করতে কঠোর শর্ত ব্যবহার করে।
পেরোভস্কাইটের উপর তাপীয় শকের প্রভাব
তারা যে উপাদান ব্যবহার করেছে তা হল FAPbI₃, যা বর্তমানে উপলব্ধ সর্বোচ্চ দক্ষতার একক-জাংশন পেরোভস্কাইট সিস্টেমগুলির মধ্যে একটি (ল্যাব দক্ষতা >27%)। কিন্তু FAPbI₃-এর একটি মারাত্মক দুর্বলতা রয়েছে: এটি কক্ষ তাপমাত্রায় মেটাস্টেবল এবং সহজেই α ফেজ (কালো, অত্যন্ত সক্রিয়) থেকে δ ফেজ (হলুদ, নিষ্ক্রিয়) এ রূপান্তরিত হয়।
α ফেজ স্থিতিশীল করতে, সাধারণত সামান্য MAPbBr₃ যোগ করা হয়। গবেষণাপত্রটি পাঁচটি ঘনত্ব পরীক্ষা করেছে: 0%, 1%, 3%, 5% এবং 7%।
আণবিক গতিবিদ্যা সিমুলেশন দেখুন (চিত্র 3a): FAPbI₃-কে -80°C থেকে 80°C পর্যন্ত গরম করলে, জালিকা ধ্রুবক বৃদ্ধি পায়, PbI₆ অষ্টতলকগুলি কাত হতে শুরু করে, এবং FA আয়ন স্থানচ্যুতি তীব্র হয় — গঠনটি 'কাঁপছে'।
এখন 100টি তাপীয় শক চক্রের পরে XRD দেখুন (চিত্র 3c-d):
| MAPbBr₃ ঘনত্ব | 0% | 1% | 3% | 5% | 7% |
|---|---|---|---|---|---|
| তাপীয় শকের পরে পরিবর্তন | প্রচুর পরিমাণে δ ফেজ দেখা যায় | স্থিতিশীল | স্থিতিশীল | স্থিতিশীল | PbI₂ বৃদ্ধি পায় |
উপসংহার: সামান্য (1-5%) যোগ করলে α ফেজ স্থিতিশীল হয়, কিন্তু অত্যধিক (7%) যোগ করলে PbI₂ নিঃসৃত হয়, যা আসলে আরও খারাপ।
এখন KPFM (কেলভিন প্রোব ফোর্স মাইক্রোস্কোপি) দেখুন যা পৃষ্ঠের বিভব পরিমাপ করছে (চিত্র 4):
1% নমুনা: তাপীয় শকের পরে, দানাগুলির মধ্যে বিভব পার্থক্য বৃদ্ধি পায়, যা নির্দেশ করে যে দানা সীমানাগুলি পুনর্মিলন কেন্দ্রে পরিণত হয়েছে
5% নমুনা: তাপীয় শকের পরে, বিভব বণ্টন আরও সমান এবং ক্ষতি কম
পেপারটি এটি পরিমাপ করতে SPV (সারফেস ফটোভোল্টেজ) ব্যবহার করে — SPV যত বেশি, ফটোজেনারেটেড ক্যারিয়ারগুলি তত ভালভাবে পৃথক হয়। 5% নমুনার SPV 1% নমুনার প্রায় 1.5 গুণ।
কোষে তৈরি করার পরে কতটুকু অবশিষ্ট থাকে
তারা একটি সম্পূর্ণ কোষ কাঠামো তৈরি করেছে: ITO/SnO₂/পেরোভস্কাইট/PEAI/PTAA/Au, ভ্যাকুয়াম-এনক্যাপসুলেটেড এবং তাপীয় শক চেম্বারে নিক্ষেপ করা হয়েছে।
ফলাফল (চিত্র 5b):
| MAPbBr₃ ঘনত্ব | 1% | 5% |
|---|---|---|
| তাপীয় শকের পরে দক্ষতা ধারণ | ~62% | ~80% |
5% নমুনা, -80°C ↔ +80°C তাপীয় শকের 100 চক্র সহ্য করার পরেও, তার প্রায় 80% দক্ষতা ধরে রেখেছে।
J-V বক্ররেখা দেখুন (চিত্র 5c-d):
1% নমুনা: Jsc এবং FF খারাপভাবে কমে গেছে
5% নমুনা: বক্ররেখার আকৃতি অনেক ভালোভাবে সংরক্ষিত
EQE (চিত্র 5e-f) এটি নিশ্চিত করে: 1% নমুনা পুরো ব্যান্ড জুড়ে কমে যায়, যখন 5% নমুনা শুধুমাত্র দীর্ঘ-তরঙ্গদৈর্ঘ্য অঞ্চলে (700-800nm) সামান্য হ্রাস পায় — সম্ভবত ইন্টারফেস তাপীয় প্রসারণ অমিলের কারণে।
35 কিমি উচ্চতায় এটি কীভাবে কাজ করে
ল্যাব পরীক্ষার পরে, তাদের বাস্তব কিছু প্রয়োজন ছিল। ইতালির পিসা বিশ্ববিদ্যালয়ের সাথে অংশীদারিত্ব করে, তারা কোষগুলি একটি উচ্চ-উচ্চতা বেলুনে (চিত্র 6a) 35 কিমি উচ্চতায় পাঠিয়েছে।
এই উচ্চতায়, বায়ুমণ্ডলীয় চাপ মাটির স্তরের মাত্র 2%, বায়ুর ঘনত্ব 1.5%, তাপমাত্রা -40°C পৌঁছাতে পারে, এবং কোষগুলি নিকট-মহাকাশ UV বিকিরণ এবং AM0 বর্ণালীর মুখোমুখি হয়।
ফলাফল (চিত্র 6f):
1% নমুনা: উচ্চতা বৃদ্ধির সাথে সাথে PCE ধীরে ধীরে হ্রাস পায়
5% নমুনা: উচ্চতা বৃদ্ধির সাথে সাথে PCE আসলে বৃদ্ধি পায়
কেন 5% নমুনা উচ্চ উচ্চতায় ভাল কাজ করে? উচ্চতা বৃদ্ধির সাথে সাথে, বিকিরণ বৃদ্ধি পায় এবং Jsc রৈখিকভাবে বৃদ্ধি পাওয়া উচিত। কিন্তু 1% নমুনার Jsc বৃদ্ধির ঢাল মাত্র 0.00016, যখন 5% নমুনার 0.00364 — একটি অর্ডার অফ ম্যাগনিটিউডের পার্থক্য।
এটি দেখায় যে 1% নমুনা গুরুতর নন-রেডিয়েটিভ পুনর্মিলনে ভুগছে — ফটোজেনারেটেড ক্যারিয়ারগুলি বের হওয়ার আগেই গ্রেইন বাউন্ডারি ত্রুটিগুলি গ্রাস করে ফেলে। KPFM SPV ডেটা ইতিমধ্যে এই ফলাফলের পূর্বাভাস দিয়েছিল।
প্রোডাকশন লাইন ইঞ্জিনিয়ারদের জন্য Takeaways
শুধু দক্ষতার দিকে তাকাবেন না — এটি কতটা সহ্য করতে পারে সেদিকেও তাকান
এই পেপারটি একটি শক্ত পরীক্ষার কাঠামো প্রদান করে: ত্বরিত বার্ধক্যের জন্য 16°C/মিনিট দ্রুত তাপীয় শক ব্যবহার করুন, তারপর নিয়ার-স্পেস যাচাইয়ের জন্য উচ্চ-উচ্চতা বেলুন ব্যবহার করুন।
আমরা স্যাটেলাইট তৈরি করি না, কিন্তু এই পদ্ধতি স্থানান্তরযোগ্য — নতুন উপকরণ এবং নতুন প্রক্রিয়া মূল্যায়ন করার সময়, ইন্টারফেস এবং গ্রেইন বাউন্ডারি সমস্যাগুলি তাড়াতাড়ি প্রকাশ করার জন্য দ্রুত তাপমাত্রা র্যাম্প রেট ব্যবহার করে 'স্ট্রেস টেস্টিং' বিবেচনা করুন।
স্থিতিশীলকরণ পদ্ধতি নতুন সমস্যা আনতে পারে
FAPbI₃-তে MAPbBr₃ যোগ করলে α ফেজ স্থিতিশীল হয়। কিন্তু অতিরিক্ত যোগ করলে (7%) PbI₂ ক্ষরণ হয় এবং পরিস্থিতি আরও খারাপ হয়।
এটি একই যুক্তি যেমন এনক্যাপসুল্যান্ট ফিল্ম নির্বাচন — কোনো সর্বজনীন রেসিপি নেই, শুধুমাত্র একটি "ভারসাম্য বিন্দু।" নির্বাচন করার সময়, আপনি শুধু "এটি আছে কি না" দেখতে পারবেন না — আপনাকে দেখতে হবে "কতটা।"
ল্যাব ডেটা এবং উচ্চ-উচ্চতা ডেটা মিলে যায়
এই পেপারের সবচেয়ে শক্ত অংশ হল যে KPFM দ্বারা পরিমাপ করা SPV পার্থক্য Jsc ঢালের পার্থক্য পূর্বাভাস দিতে পারে, এবং দীর্ঘ তরঙ্গদৈর্ঘ্যে EQE ড্রপ ইন্টারফেস তাপীয় প্রসারণ অমিলের সাথে মিলে যায়।
ভালো ব্যর্থতা বিশ্লেষণ আপনাকে ল্যাব টুল ব্যবহার করে আগে থেকেই ফিল্ড পারফরম্যান্স পূর্বাভাস দিতে সক্ষম করবে।
ক্রিস্টালাইন সিলিকনের স্থায়িত্বই এর সবচেয়ে বড় মোট
এই পেপারের পরীক্ষার শর্তগুলি দেখুন: -80°C থেকে +80°C, 100 চক্র, 16°C/মিনিট।
এটি এখনও ECSS স্ট্যান্ডার্ডে পৌঁছায় না, কিন্তু এটি ইতিমধ্যে ক্রিস্টালাইন সিলিকনের জন্য রুটিন। -40°C থেকে +85°C পর্যন্ত TC200 (200 তাপীয় চক্র) পরীক্ষায়, ক্রিস্টালাইন সিলিকন ব্যর্থ হয় যদি অবনতি 2% অতিক্রম করে।
পেরোভস্কাইটকে ক্রিস্টালাইন সিলিকন প্রতিস্থাপন করতে হলে, দক্ষতায় ধরা দেওয়া যথেষ্ট নয় — একই পরীক্ষার মানদণ্ডে 25 বছর টিকে থাকতে হবে।
ইন্টারেক্টিভ পোল
আপনি কি পেরোভস্কাইটের মহাকাশে যাওয়ার বিষয়ে বিশ্বাস করেন?
আপনার মতামত মন্তব্যে জানান।
রেফারেন্স তথ্য
শিরোনাম: Towards space compatible perovskite solar cells: guidelines for thermal shock resilience and near space balloon testing
বছর: 2026
DOI: 10.1039/d5ee03704b
Ooitech-এর দৃষ্টিভঙ্গি
Ooitech বিশ্বাস করে: পেরোভস্কাইটের মহাকাশে যাত্রা দক্ষতা অর্জনের উপর নয়, বরং কঠোর তাপীয় শক চক্র সহ্য করার উপর নির্ভর করে — এবং সেই সহনশীলতা, কাঁচা দক্ষতা নয়, একটি সৌর কোষের প্রকৃত মূল্যায়ন।
