امریکہ نے 80 فی صد کی اوسط فوٹوولٹک جذب کی شرح کے ساتھ نیا کوانٹم فوٹوولٹک سیل مواد تیار کیا

غیر ملکی میڈیا رپورٹس کے مطابق ریاستہائے متحدہ کی Lehigh University (Lehigh University) کے محققین نے حال ہی میں شائع ہونے والی ایک تحقیقی رپورٹ میں دعویٰ کیا ہے کہ انہوں نے ایک نیا پتلی فلم فوٹوولٹک سیل جذب کرنے والا مواد تیار کیا ہے، مبینہ طور پر اس مواد کی اوسط فوٹوولٹک جذب کی شرح 80 فیصد ہے۔ بیرونی کوانٹم کارکردگی (EQE) 190%۔

ایکسٹرنل کوانٹم ایفیشنسی (EQE) PV سیل کے ذریعے اکٹھے کیے گئے الیکٹرانوں کی تعداد کا تناسب فوٹونز کی تعداد سے ہے۔ یہ فوٹون کو برقی رو میں تبدیل کرنے کے لیے PV سیل کی صلاحیت کی وضاحت کرتا ہے۔ تحقیق کے سرکردہ مصنفین میں سے ایک چائنڈو ایکوما نے ایک بیان میں کہا، "روایتی فوٹو وولٹک خلیوں میں، سب سے زیادہ بیرونی کوانٹم کارکردگی (EQE 100 فیصد ہے، جو سورج کی روشنی سے جذب ہونے والے ہر فوٹون کے لیے ایک الیکٹران کی پیداوار اور جمع کی نمائندگی کرتی ہے۔ "

جرنل سائنس ایڈوانسز میں شائع ہونے والے ایک مقالے میں جس کا عنوان ہے "فوٹو وولٹک ایپلی کیشنز کے لئے جوہری طور پر موٹی CuxGeSe/SnS کوانٹم مواد کی کیمیائی طور پر ٹیونڈ انٹرمیڈیٹ بینڈ اسٹیٹس"، محققین نے وضاحت کی کہ نیا کوانٹم مواد انٹرمیڈیٹ بینڈ فوٹوولٹک سیلز (IBSCs) کے لیے ایک مثالی میچ ہو سکتا ہے۔ .

اس طرح کے فوٹو وولٹک خلیات میں شاکلی کوئزر کی حد (SQ کی حد) سے تجاوز کرنے کی صلاحیت ہوتی ہے - زیادہ سے زیادہ نظریاتی کارکردگی جو ایک pn جنکشن کے ساتھ فوٹو وولٹک سیل کے ذریعہ حاصل کی جاسکتی ہے۔ اس کا حساب ہر واقعے کے فوٹون سے نکالی گئی برقی توانائی کی مقدار کا جائزہ لے کر لگایا جاتا ہے۔

محققین وضاحت کرتے ہیں: "اس مواد کی کارکردگی میں تیزی سے اضافہ زیادہ تر اس کی منفرد 'انٹرمیڈیٹ بینڈ اسٹیٹس' کی وجہ سے ہے، مواد کے الیکٹرانک ڈھانچے کے اندر موجود مخصوص توانائی کی سطحیں جو انہیں فوٹوولٹک تبدیلی کے لیے مثالی بناتی ہیں۔ ان ریاستوں کی توانائی کی سطحیں اس کے اندر ہیں۔ بہترین ذیلی بینڈ گیپ - توانائی کی حد جس میں مواد سورج کی روشنی کو مؤثر طریقے سے جذب کر سکتا ہے اور چارج کیریئرز پیدا کر سکتا ہے۔"

نیا مواد ایک دو جہتی وین ڈیر والز (vdW) مواد ہے، مطلب یہ ہے کہ اس میں ایک کرسٹل لائن پلانر ڈھانچہ ہے جو ionic بانڈز کے ذریعے اکٹھا ہوتا ہے۔ یہ جرمینیئم (Ge)، سیلینیم (Se) اور ٹن سلفائیڈ (Sns) کے ہیٹرو سٹرکچر پر مشتمل ہے جس میں زیرو ویلنٹ کاپر (Cu) ایٹم مادی تہوں میں داخل کیے گئے ہیں۔

CuxGeSe/SnS کوانٹم مواد میں 0.78 eV اور 1.26 eV کے درمیان درمیانی توانائی بینڈ کا فرق ہے۔ اس کا فائدہ اٹھاتے ہوئے، محققین نے مواد کو فعال پرت کے طور پر استعمال کرتے ہوئے ایک پتلی فلم فوٹوولٹک سیل کی نقالی کرنے کے لیے ڈیزائن اور ماڈل بنایا۔

اس ماڈلنگ میں، PV سیل ایک انڈیم ٹن آکسائڈ (ITO) سبسٹریٹ، ایک زنک آکسائیڈ (ZnO) پر مبنی الیکٹران ٹرانسپورٹ لیئر (ETL)، CuxGeSe/SnS جذب کرنے والی پرت، اور گولڈ (Au) رابطوں کا استعمال کرتا ہے۔ تحقیقی جونیئر نے نوٹ کیا، "ہمارے ڈیزائن میں، GeSe اور SnS کی جوہری سطح کی موٹائی عمودی طور پر رکھی گئی ہے، جو وین ڈیر والز کے تعاملات کے ذریعے ہائبرڈ ڈھانچے کے آسان انضمام میں معاون ہے۔"

ماڈلنگ کے نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ اس PV سیل میں 110% ~ 190% کی ایکسٹرنل کوانٹم ایفیشنسی (EQE) ہے۔ محققین نے یہ بھی پایا کہ جاذب کی موٹائی کی پیمائش کرکے فوٹو وولٹک سیل کی نظری سرگرمی 600 nm سے 1200 nm کی طول موج کی حد میں بڑھ گئی۔

اپنے مقالے میں، محققین نے یہ نتیجہ اخذ کیا، "اس مواد کی تیز رفتار ردعمل اور بڑھتی ہوئی کارکردگی کاپر سے داخل کردہ GeSe/SnS کی صلاحیت کو جدید فوٹوولٹک ایپلی کیشنز کے لیے کوانٹم مواد کے طور پر تجویز کرتی ہے، جو فوٹو وولٹک تبدیلی کی کارکردگی کو بہتر بنانے کے لیے ایک نئی راہ فراہم کرتی ہے۔ "

آگے دیکھتے ہوئے، محققین کا کہنا ہے کہ انہیں PV خلیوں میں اس نئے مواد کو سرایت کرنے کے عملی طریقے کی نشاندہی کرنے کے لیے نئی تحقیق کرنے کی ضرورت ہے۔ تاہم، وہ یہ بھی بتاتے ہیں کہ ان مواد کو بنانے کے لیے استعمال ہونے والی تجرباتی تکنیکیں پہلے ہی بہت جدید ہیں۔