उच्च प्रदर्शन युक्त पेरोवस्काइट-सिलिकॉन अनुबद्ध सौर सेल High performance perovskite-silicon tandem solar cells

Abstract

साधारण संविरचन तकनीक के साथ-साथ सौर ऊर्जा को विद्युत् ऊर्जा में परिवर्तित करने की उच्च दक्षता से सुसज्जित पेरोवस्काइट-सिलिकॉन अनुबद्ध सौर प्रौद्योगिकी को सौर ऊर्जा के क्षेत्र में एक आकर्षक और संभावनापूर्ण विकल्प के रूप में देखा जा रहा है। एक से अधिक संधि (junction)वाले पेरोवस्काइट-सिलिकॉन अनुबद्ध सौर सेल (perovskite-Si tandem solar cell) संरचना में कार्यदक्षता एकल संधि सौर सेल की प्रायोगिक दक्षता सीमा से अधिक प्राप्त करते है | कार्बनिक-अकार्बनिक लेड हैलाइड पेरोवस्काइट फोटोवोल्टीय प्रौद्योगिकी से उच्च कार्य क्षमता की रिपोर्ट की गयी है | कम लागत, साधारण एवं सरल निर्माण तकनीक से बना हुआ पेरोवस्काइट सौर युक्ति बहुत हल्का,लचीला व अर्ध-पारदर्शी आदि विशेषताओं से निहित है | यह सौर सेल नम्य सब्सट्रेट पर निर्माण की अनुकूलताओं एवं सामग्रियों के चौड़े पटल मुद्रण से परिपूर्ण होने के कारण औद्योगिकीकरण हेतु उपर्युक्त है | हालांकि पेरोवस्काइट में तापीय अस्थिरता और नमी संवेदनशीलता अभी भी सिलिकॉन सामग्री की तुलना में अत्यधिक है। अनुबद्ध संरचना में पेरोवस्काइट सक्रीय अवशोषक परत ऊपर तथा सिलिकॉन तत्व नीचे रहता है, जिसका बैंड अंतराल क्रमशः 1.54 eV, 1.12 eV है| दो दशक के समयोपरांत भी प्रचलित सिलिकॉन सौर सेल प्रौद्योगिकी की दक्षता अधिकतम लगभग 26 % पर अटकी हुई है | इसी समस्या के समाधान के लिए पेरोवस्काइट-सिलिकॉन अनुबद्ध सौर सेल एक विकल्प के रूप में संभावित है |पेरोवस्काइट-सिलिकॉन अनुबद्ध सौर सेल का प्रकाशीय एवं विद्युतीय अध्ययन स्कैप्स-1डी (SCAPS-1D) अनुकारी तकनीक से किया गया है | अनुबद्ध सौर सेल संरचना TCO/TiO₂/CH₃NH₃PbI₃/PEDOT:PSS/c-Si(n)/c-Si(p)/c-Si (p+)/Ag में खुला परिपथ वोल्टेज 1.56 V, लघु परिपथ करंट घनत्व 23.7mA/cm², फिल फैक्टर 84.76 % एवं सौर स्पेक्ट्रम के फ़िल्टरीकरण के पश्चात 30.7% दक्षता प्राप्त की गयी है | अनुबद्ध सौर सेल में सिलिकॉन एवं पेरोवस्काइट परत की मोटाई से कार्य प्रदर्शन पर पड़ने वाले प्रभाव का भी अध्ययन किया गया है ।

Equipped with simple fabrication and efficient technique of converting solar energy into electricity, perovskite-silicon tandem solar technology is being seen as an attractive and promising option in the field of solar energy. Perovskite-Si tandem solar cell structures with multiple junctions achieve efficiency higher than the experimental efficiency limits of a single p-n junction solar cell. Even after two decades, the efficiency of the prevailing silicon solar cell technology is stuck at a maximum of about 26%. Perovskite-silicon tandem solar cells are a possible alternative to this problem. High efficiency is recently reported by using organic-inorganic lead halide perovskite. Perovskite solar device made from low cost and simple manufacturing process, possess inherent characteristics like light in weight, flexible, semi-transparent etc.This solar cell is suitable for industrialization due to its adaptability to fabrication on flexible substrates and compatible with large-scale solution processing such as roll-roll printing of the materials. The thermal instability and moisture sensitivity in perovskite materials are still under-performed when compared to silicon materials. The numerical simulation of perovskite-Si tandem solar cells has been performed. The perovskite active absorber layer is placed at the top and the silicon at the bottom, with band gaps of 1.54 eV, 1.12 eV respectively.  The optical and electrical studies of perovskite-silicon tandem solar cells have been done using SCAPS-1D simulation technique. Tandem solar cell structure TCO/TiO₂/CH₃NH₃PbI₃/PEDOT:PSS/c-Si(n)/c-Si(p)/c-Si(p+)/Ag has open circuit voltage 1.56 V, short circuit current density 23.7mA/cm2, Fill factor is 84.76% and efficiency is 30.7% (after filtration of solar spectrum). The effect of thickness of silicon and perovskite layer on performance in tandem solar cell has also been studied.