प्रकाश संश्लेषण की नकल करने से सौर कोशिकाओं में सुधार हो सकता है

दर्पण जैसी संरचनाओं पर स्तरित, अर्धचालकों का एक अपेक्षाकृत नया वर्ग उस तरह की नकल कर सकता है जिस तरह से पत्तियां लंबी दूरी पर सूर्य से ऊर्जा स्थानांतरित करती हैं और फिर इसका उपयोग रासायनिक प्रतिक्रियाओं को चलाने के लिए करती हैं। मैं यह कर सकता हूं।यह दृष्टिकोण एक दिन दक्षता में सुधार कर सकता है सौर सेल.

यह आंकड़ा एक दर्पण जैसी फोटोनिक संरचना के शीर्ष पर एक अर्धचालक (बैंगनी रंग में) से टकराते हुए प्रकाश को दिखाता है। पोलरिटोन (प्रकाश, इलेक्ट्रॉनों और “छेद” का मिश्रण) डिटेक्टर (कटे गए डिस्क) की यात्रा करते हैं, जहां वे विद्युत प्रवाह उत्पन्न करते हैं। छवि क्रेडिट: झिंजिंग हुआंग और बिन लियू, ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक कंपोनेंट्स एंड मैटेरियल्स ग्रुप

इलेक्ट्रिकल और कंप्यूटर इंजीनियरिंग में पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता और ऑप्टिका अध्ययन के प्रमुख लेखक बिन लियू ने कहा, “सौर कोशिकाओं में सौर ऊर्जा के संग्रह और रूपांतरण में ऊर्जा परिवहन महत्वपूर्ण कदमों में से एक है।” मैं यहां हूं।

“हमने ऐसी संरचनाएं बनाई हैं जो हाइब्रिड लाइट-मैटर मिश्रित राज्यों का समर्थन कर सकती हैं, जिससे कुशल और बहुत लंबी दूरी की ऊर्जा परिवहन सक्षम हो सके।”

सौर कोशिकाओं की ऊर्जा खोने के तरीकों में से एक लीकेज करंट है जो प्रकाश की अनुपस्थिति में होता है। यह कुछ सौर कोशिकाओं में होता है, जहां वे ऋणात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रॉनों को लेते हैं और प्रकाश के अवशोषण द्वारा बनाए गए धनात्मक आवेशित “छेद” को विद्युत प्रवाह उत्पन्न करने के लिए विभिन्न अर्धचालकों के बीच जंक्शनों पर अलग करते हैं।

पारंपरिक सौर कोशिकाओं में, जंक्शन क्षेत्र प्रकाश एकत्र करने वाले क्षेत्र जितना बड़ा होता है, इसलिए इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों को उन तक पहुंचने के लिए बहुत दूर नहीं जाना पड़ता है। हालाँकि, इन रिसाव धाराओं के कारण ऊर्जा की हानि है।

प्रकृति प्रकाश संश्लेषण में इन नुकसानों को क्लोरोप्लास्ट में बड़े प्रकाश-संग्रहित “एंटीना परिसरों” और बहुत छोटे “प्रतिक्रिया केंद्रों” के साथ कम करती है जहां इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों को अलग किया जाता है और चीनी उत्पादन के लिए उपयोग किया जाता है। वृद्धि। हालांकि, ये इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़े, जिन्हें एक्सिटोन के रूप में जाना जाता है, अर्धचालकों में लंबी दूरी तक परिवहन करना बहुत मुश्किल है।

लियू ने समझाया कि प्रकाश संश्लेषक परिसर इसकी अत्यधिक व्यवस्थित संरचना के कारण इसे प्रबंधित कर सकता है, लेकिन कृत्रिम सामग्री आमतौर पर बहुत अपूर्ण होती है।

नया उपकरण फोटॉन को एक्सिटोन में पूरी तरह से परिवर्तित न करके इस समस्या को दूर करता है। इसके बजाय, यह अपने प्रकाश जैसे गुणों को बरकरार रखता है। एक फोटॉन-इलेक्ट्रॉन-होल मिश्रण को पोलरिटोन के रूप में जाना जाता है। ध्रुवीय रूप में, इसके प्रकाश-समान गुण ऊर्जा को 0.1 मिमी की अपेक्षाकृत बड़ी दूरी पर तेज़ी से यात्रा करने की अनुमति देते हैं। यह पत्ती के अंदर यात्रा करने वाले एक्साइटन्स की तुलना में और भी लंबी दूरी है।

टीम ने एक दर्पण जैसी फोटोनिक संरचना के ऊपर एक पतली प्रकाश-अवशोषित अर्धचालक को ओवरले करके और इसे रोशन करके एक पोलरिटोन बनाया। डिवाइस का वह हिस्सा क्लोरोप्लास्ट एंटेना कॉम्प्लेक्स की तरह काम करता है, जो एक बड़े क्षेत्र में प्रकाश ऊर्जा एकत्र करता है। दर्पण जैसी संरचनाओं की मदद से, अर्धचालकों ने पोलरिटोन को डिटेक्टरों में डाला, जो उन्हें विद्युत धाराओं में परिवर्तित कर दिया।

पीटर के प्रोफेसर स्टीफन फॉरेस्ट ने कहा, “इस व्यवस्था का लाभ यह है कि इसमें परंपरागत सौर कोशिकाओं की बिजली उत्पादन दक्षता में उल्लेखनीय सुधार करने की क्षमता है, जिसमें प्रकाश-संग्रह और चार्ज-पृथक क्षेत्र एक ही क्षेत्र में सह-अस्तित्व में हैं।” पीटर ए फ्रेंकेन विश्वविद्यालय। ने कहा। इंजीनियरिंग विभाग जिसने अनुसंधान का नेतृत्व किया।

टीम को पता है कि ऊर्जा का परिवहन सिस्टम के भीतर हो रहा है, लेकिन वे पूरी तरह से आश्वस्त नहीं हैं कि ऊर्जा लगातार पोलरिटोन के रूप में आगे बढ़ रही है, हो सकता है कि फोटॉन एक्साइटन की एक श्रृंखला से गुजर रहा हो। वे इस बुनियादी विवरण और भविष्य के अनुसंधान के लिए प्रकाश संश्लेषण जैसे ऊर्जा हस्तांतरण का फायदा उठाने वाले कुशल प्रकाश-कटाई उपकरणों का निर्माण करने के सवाल को छोड़ देते हैं।

चटनी: मिशिगन यूनिवर्सिटी