कार्बनिक फोटोवोल्टिक डिवाइस (ओपीवी) कार्बनिक सेमीकंडक्टर्स की पतली फिल्मों से बनाये जाते हैं, जैसे पॉलिमर और छोटे अणु यौगिक, और आम तौर पर 100 एनएम मोटी के क्रम में होते हैं। चूंकि पॉलिमर आधारित ओपीवी को कोटिंग प्रक्रिया जैसे स्पिन कोटिंग या इंकजेट प्रिंटिंग का उपयोग करके बनाया जा सकता है, इसलिए वे बड़े क्षेत्रों के साथ-साथ लचीली प्लास्टिक की सतहों को कवर करने के लिए एक आकर्षक विकल्प हैं। क्रिस्टलीय सिलिकॉन से बने पारंपरिक सौर कोशिकाओं के लिए एक कम लागत वाला विकल्प, ओपीवी विकसित करने और उनकी बिजली रूपांतरण दक्षता में वृद्धि के लिए पूरे उद्योग और अकादमिक में समर्पित अनुसंधान की एक बड़ी मात्रा है।
हल्की कटाई मीडिया के रूप में एकल दीवार कार्बन नैनोट्यूब
एकल दीवार कार्बन नैनोट्यूब में सौर स्पेक्ट्रम, मजबूत फोटोबॉस्प्शन, इन्फ्रारेड से पराबैंगनी, और उच्च वाहक गतिशीलता और कम वाहक परिवहन स्कैटरिंग से मेल खाने वाले प्रत्यक्ष बैंडगैप्स की एक विस्तृत श्रृंखला होती है, जो स्वयं को आदर्श फोटोवोल्टिक सामग्री बनाती है। फोटोवोल्टिक प्रभाव आदर्श एकल दीवार कार्बन नैनोट्यूब (एसडब्ल्यूएनटी) डायोड में हासिल किया जा सकता है। व्यक्तिगत SWNTs आदर्श पीएन जंक्शन डायोड बना सकते हैं। एक आदर्श व्यवहार किसी भी डायोड के प्रदर्शन की सैद्धांतिक सीमा है, जो सभी इलेक्ट्रॉनिक सामग्रियों के विकास में अत्यधिक मांग के बाद है। रोशनी के तहत, एक आदर्श डायोड के बढ़ते गुणों के कारण, एसडब्ल्यूएनटी डायोड महत्वपूर्ण बिजली रूपांतरण क्षमता दिखाते हैं।
हाल ही में, एसडब्ल्यूएनटी को पतली फिल्म सौर कोशिकाओं को बनाने के लिए ऊर्जा रूपांतरण सामग्री के रूप में सीधे कॉन्फ़िगर किया गया था, नैनोट्यूब दोनों फोटोजनेरेशन साइट्स और चार्ज कैरियर एकत्रित / परिवहन परत दोनों के रूप में कार्यरत थे। सौर कोशिकाओं में नैनोट्यूब की एक अर्धसूत्रीय पतली फिल्म होती है जो एन-प्रकार क्रिस्टलीय सिलिकॉन सब्सट्रेट पर अनुरूप रूप से लेपित होती है ताकि नैनोट्यूब और एन-सी के बीच उच्च-घनत्व पीएन हेटरोज़क्शन बना सके ताकि चार्ज अलगाव और इलेक्ट्रॉनों (एन-सी के माध्यम से) और छेद ( नैनोट्यूब के माध्यम से)। प्रारंभिक परीक्षणों ने & gt; 1% की पावर रूपांतरण दक्षता दिखाई है, यह साबित कर रहा है कि सीएनटी-ऑन-सी सौर कोशिकाओं को बनाने के लिए संभावित रूप से उपयुक्त कॉन्फ़िगरेशन है। पहली बार, झोंगरूई ली ने दिखाया कि एसडब्ल्यूएनटी के एसओसीएल 2 उपचार ने एसडब्ल्यूएनटी / एन-सी हेटरोज़ंक्शन सौर कोशिकाओं की 60% से अधिक की बिजली रूपांतरण दक्षता को बढ़ावा दिया है। बाद में एसिड डोपिंग दृष्टिकोण पर बाद में प्रकाशित सीएनटी / सी कार्यों में व्यापक रूप से अपनाया जाता है। यदि नैनोट्यूब नेटवर्क के शून्य स्थान के अंदर एसिड तरल रखा जाता है तो भी उच्च दक्षता प्राप्त की जा सकती है। नैनोट्यूब नेटवर्क की एसिड घुसपैठ में यी दक्षता को सुधारने वाले आंतरिक प्रतिरोध को कम करने और चार्ज अलगाव और परिवहन को बढ़ाने वाले फोटोइलेक्ट्रोकेमिकल इकाइयों को बनाकर, यी जिया द्वारा रिपोर्ट की गई 13.8% तक सेल दक्षता में काफी वृद्धि हुई है। गठबंधन सीएनटी फिल्म का उपयोग करके गीले एसिड प्रेरित समस्याओं से बचा जा सकता है। संरेखित सीएनटी फिल्म में, परिवहन दूरी कम हो जाती है, और उत्तेजना बुझाने की दर भी कम हो जाती है। इसके अतिरिक्त गठबंधन नैनोट्यूब फिल्म में बहुत छोटी शून्य जगह है, और सब्सट्रेट के साथ बेहतर संपर्क है। इसलिए, साथ ही मजबूत एसिड डोपिंग, गठबंधन एकल दीवार कार्बन नैनोट्यूब फिल्म का उपयोग करके बिजली रूपांतरण दक्षता में सुधार कर सकते हैं (एक रिकॉर्ड-हाई पावर-कनवर्ज़न-दक्षता & gt; 11% योनवॉन्ग जंग द्वारा हासिल की गई थी)।
झोंगरूई ली ने पॉलीथीन इमाइन कार्यान्वयन के माध्यम से पी-प्रकार से एन-टाइप से एसडब्ल्यूएनटी को ट्यून करके पहली एन-एसडब्ल्यूएनटी / पी-सी फोटोवोल्टिक डिवाइस भी बनाया।
फोटोएक्टिव परत में कार्बन नैनोट्यूब composites
कार्बन नैनोट्यूब (सीएनटी) के ट्यूब अक्ष के साथ उच्च चालकता के साथ संयुग्मित बहुलक की भौतिक और रासायनिक विशेषताओं का मिश्रण, अधिक कुशल ओपीवी उपकरणों को प्राप्त करने के लिए फोटोएक्टिव परत में सीएनटी फैलाने के लिए प्रोत्साहन का एक बड़ा सौदा प्रदान करता है। इन उपकरणों में इंटरपनेट्रेटिंग थोक दाता-स्वीकार्य हेटरोज़ंक्शन एक bicontinuous नेटवर्क के अस्तित्व के कारण चार्ज अलगाव और संग्रह प्राप्त कर सकते हैं। इस नेटवर्क के साथ, इलेक्ट्रॉन स्वीकार्य और बहुलक छेद दाता के माध्यम से इलेक्ट्रॉन और छेद अपने संबंधित संपर्कों की ओर यात्रा कर सकते हैं। पॉलिमर मैट्रिक्स के भीतर आंतरिक बहुलक / नैनोट्यूब जंक्शनों के परिचय के कारण फोटोवोल्टिक दक्षता वृद्धि का प्रस्ताव है। इन जंक्शनों पर उच्च विद्युत क्षेत्र उत्तेजना को विभाजित कर सकता है, जबकि एकल दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब (एसडब्ल्यूसीएनटी) इलेक्ट्रॉनों के लिए मार्ग के रूप में कार्य कर सकते हैं।
संयुग्मित बहुलक दान करने वाले इलेक्ट्रॉन के समाधान में सीएनटी का फैलाव शायद ओपीवी में सीएनटी सामग्री को लागू करने की सबसे आम रणनीति है। इस उद्देश्य के लिए आम तौर पर पॉली (3-हेक्सिलथियोपेन) (पी 3 एचटी) या पॉली (3-ऑक्टेटिथियोपेन) (पी 3ओटी) का उपयोग किया जाता है। ये मिश्रण तब एक पारदर्शी प्रवाहकीय इलेक्ट्रोड पर मोटाई के साथ लेपित होते हैं जो 60 से 120 एनएम तक भिन्न होता है। ये प्रवाहकीय इलेक्ट्रोड आमतौर पर ग्लास इंडियम टिन ऑक्साइड (आईटीओ) और पॉली के 40 एनएम सब्लेयर (3,4-एथिलेनेडियोक्साइथियोपेन) (पीईडीओटी) और पॉली (स्टायरेंसफोननेट) (पीएसएस) के साथ कवर किए जाते हैं। पीईडीओटी और पीएसएस आईटीओ सतह को सुचारू बनाने में मदद करते हैं, जो पिन्होल की घनत्व को कम करते हैं और मौजूदा रिसाव को दबाते हैं जो पथों के साथ होता है। थर्मल वाष्पीकरण या स्पटर कोटिंग के माध्यम से, एल्यूमीनियम की 20 से 70 एनएम मोटी परत और कभी-कभी लिथियम फ्लोराइड की मध्यवर्ती परत को फोटोएक्टिव सामग्री पर लागू किया जाता है। बहु-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब (MWCNTs) और एकल-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब (एसडब्ल्यूसीएनटी) दोनों के साथ फोटोएक्टिव सामग्री में एकीकृत कई अनुसंधान जांच पूरी की गई है।
फोटोकुरेंट में पीडीओटी मैट्रिक्स में एसडब्ल्यूसीएनटी जोड़ने से परिमाण के दो से अधिक आदेशों में वृद्धि देखी गई है। पॉलिमर-एसडब्ल्यूसीएनटी कनेक्शन पर चार्ज अलगाव और एसडब्ल्यूसीएनटी के माध्यम से अधिक कुशल इलेक्ट्रॉन परिवहन के कारण होने वाले सुधारों का अनुमान लगाया गया था। हालांकि, 1.0% wt की कम सीएनटी सांद्रता पर अपूर्ण उत्तेजना विघटन का सुझाव देने वाले डिवाइस के लिए 100 मेगावाट / सेमी 2 सफेद रोशनी के तहत 0.04% की कम बिजली रूपांतरण दक्षता देखी गई थी। चूंकि एसडब्ल्यूसीएनटी की लंबाई फोटोवोल्टिक फिल्मों की मोटाई के समान थी, इसलिए पॉलिमर मैट्रिक्स में एसडब्ल्यूसीएनटी के उच्च प्रतिशत को कम करने के कारण शॉर्ट सर्किट का कारण माना जाता था। अतिरिक्त पृथक्करण साइटों की आपूर्ति के लिए, अन्य शोधकर्ताओं ने भौतिक रूप से कार्यान्वित एमडब्ल्यूसीएनटी को पी 3 एचटी पॉलिमर में फुलेरिन सी 60 डबल-लेयर डिवाइस के साथ पी 3 एचटी-MWCNT बनाने के लिए मिश्रित किया है। हालांकि, 100 मेगावाट / सेमी 2 सफेद रोशनी के तहत बिजली दक्षता 0.01% पर अपेक्षाकृत कम थी। बिलायर संरचना में दाता-स्वीकार्य इंटरफ़ेस की ओर कमजोर उत्तेजना प्रसार संभवतः खराब इलेक्ट्रॉन परिवहन का अनुभव करने वाले फुलरिन सी 60 परत के अतिरिक्त कारण हो सकता है।
हाल ही में, सी 60-संशोधित एसडब्ल्यूसीएनटी और पी 3 एचटी से बहुलक फोटोवोल्टिक डिवाइस बना दिया गया है। जलीय एसडब्ल्यूसीएनटी समाधान और टोल्यून में सी 60 समाधान के मिश्रण को माइक्रोवेव इन बहुलक-एसडब्ल्यूसीएनटी कंपोजिट बनाने में पहला कदम था। संयुग्मित बहुलक पी 3 एचटी को तब जोड़ा गया जिसके परिणामस्वरूप अनुरूपित सौर विकिरण (95 मेगावाट / सेमी 2) के तहत 0.57% की बिजली रूपांतरण दक्षता हुई। यह निष्कर्ष निकाला गया कि शॉर्ट सर्किट वर्तमान घनत्व में सुधार एसडब्ल्यूसीएनटी के नेटवर्क के माध्यम से संयुक्त रूप से तेजी से इलेक्ट्रॉन परिवहन के कारण संयुक्त रूप से एसडब्ल्यूसीएनटी के अतिरिक्त होने का प्रत्यक्ष परिणाम था। यह भी निष्कर्ष निकाला गया कि आकारिकी परिवर्तन में सुधारित कारक बढ़ गया है। कुल मिलाकर, मुख्य परिणाम एसडब्ल्यूसीएनटी के बिना कोशिकाओं की तुलना में एसडब्ल्यूसीएनटी के अतिरिक्त बिजली रूपांतरण दक्षता में सुधार हुआ था; हालांकि, आगे अनुकूलन संभव माना जाता था।
इसके अतिरिक्त, यह पाया गया है कि निर्माण के बाद पी 3 एचटी या पी 3ओटी के ग्लास संक्रमण तापमान से परे बिंदु तक हीटिंग मिश्रण के चरण पृथक्करण में हेरफेर करने के लिए फायदेमंद हो सकता है। यह हीटिंग बहुलक श्रृंखलाओं के क्रम को भी प्रभावित करता है क्योंकि बहुलक माइक्रोक्रिस्टलाइन प्रणाली हैं और यह ओपीवी डिवाइस में चार्ज ट्रांसफर, चार्ज ट्रांसपोर्ट और चार्ज संग्रह में सुधार करता है। इस आदेश के परिणामस्वरूप बहुलक-सीएनटी डिवाइस की छेद गतिशीलता और बिजली दक्षता में भी उल्लेखनीय वृद्धि हुई है।
जमाव के लिए एक और मूल्यवान दृष्टिकोण के रूप में उभरते हुए, टेट्रायराइड्रोफुरन में टेट्राओक्टाइलैमोनियम ब्रोमाइड का उपयोग भी एसडब्ल्यूसीएनटी को इलेक्ट्रोफोरेटिक क्षेत्र में उजागर करके निलंबन में सहायता के लिए जांच का विषय रहा है। वास्तव में, 1.5% और 1.3% की फोटोकोनवर्जन क्षमताएं तब प्राप्त की गईं जब एसडब्ल्यूसीएनटी को हल्के कटाई कैडमियम सल्फाइड (सीडीएस) क्वांटम डॉट्स और पोर्फिरिन के साथ क्रमशः जमा किया गया।
आईएनओ और पेडोट के बीच एक एसडब्ल्यूसीएनटी परत जमा करके सीएनटी का उपयोग करने के लिए आज तक की जाने वाली सर्वश्रेष्ठ पावर रूपांतरणों में से एक: पीएसएस या पीईडीओटी के बीच: पीएसएस और संशोधित आईटीओ / पेडोट में फोटोएक्टिव मिश्रण: पीएसएस / पी 3 एचटी: (6,6 ) -फेनिल-सी 61-ब्यूटरीक एसिड मिथाइल एस्टर (पीसीबीएम) / अल सौर सेल। एक हाइड्रोफिलिक निलंबन से डुबकी-कोटिंग करके, एसएनसीएनटी को सीएनटी के बिना 4% की तुलना में 4.9% की बिजली रूपांतरण दक्षता प्राप्त करने के लिए सतह को शुरू करने के बाद एक आर्गन प्लाज्मा में जमा किया गया था।
हालांकि, हालांकि सीएनटी ने फोटोएक्टिव परत में संभावित रूप से दिखाया है, लेकिन इसके परिणामस्वरूप सौर सेल में कार्बन कोशिकाओं (6.5% दक्षता) की तुलना में अधिक बिजली रूपांतरण दक्षता नहीं है। लेकिन, यह पिछले पिछली जांचों में दिखाया गया है कि इलेक्ट्रॉन के एक समान मिश्रण पर नियंत्रण संयुग्मित बहुलक दान करने वाला इलेक्ट्रॉन और सीएनटी स्वीकार करने वाले इलेक्ट्रॉन सीएनटी-आधारित में कुशल फोटोकुरेंट संग्रह बनाने में सबसे कठिन और महत्वपूर्ण पहलुओं में से एक है। ओपीवी डिवाइस। इसलिए, ओपीवी उपकरणों की फोटोएक्टिव परत में सीएनटी का उपयोग प्रारंभिक शोध चरणों में अभी भी है और सीएनटी के फायदेमंद गुणों का बेहतर लाभ उठाने के लिए उपन्यास विधियों के लिए अभी भी जगह है।
पीवी उपकरणों की फोटोएक्टिव परत के लिए एसडब्ल्यूसीएनटी का उपयोग करने वाला एक मुद्दा मिश्रित शुद्धता है जब संश्लेषित (लगभग 1/3 धातु और 2/3 अर्धचालक)। धातु एसडब्ल्यूसीएनटी (एम-एसडब्ल्यूसीएनटी) इलेक्ट्रॉन और छेद जोड़े के बीच उत्तेजना पुनर्मूल्यांकन का कारण बन सकता है, और धातु और अर्धचालक एसडब्ल्यूसीएनटी (एस-एसडब्ल्यूसीएनटी) के बीच जंक्शन स्कोट्की बाधाओं को छेद संचरण संभावना को कम करता है। संश्लेषित सीएनटी की इलेक्ट्रॉनिक संरचना में विसंगति के लिए अर्धचालक प्रदर्शन को अनुकूलित करने के लिए एम-एसडब्ल्यूसीएनटी को अलग करने और निकालने के लिए इलेक्ट्रॉनिक सॉर्टिंग की आवश्यकता होती है। यह एक घनत्व ढाल अल्ट्रासेन्ट्रिफुगेशन (डीजीई) प्रक्रिया के माध्यम से व्यास और सीएनटी के इलेक्ट्रॉनिक सॉर्टिंग के माध्यम से पूरा किया जा सकता है, जिसमें सर्फैक्टेंट्स का ढाल शामिल होता है जो सीएनटी को व्यास, chirality, और इलेक्ट्रॉनिक प्रकार से अलग कर सकते हैं। यह सॉर्टिंग विधि एम-एसडब्ल्यूसीएनटी को अलग करने और एस-एसडब्ल्यूसीएनटी की कई चिरस्थाओं के सटीक संग्रह को सक्षम बनाता है, प्रत्येक चिरस्था प्रकाश की एक अद्वितीय तरंग दैर्ध्य को अवशोषित करने में सक्षम है। एस-एसडब्ल्यूसीएनटी की कई chiralities पीवी सक्रिय परत के लिए heterojunctions बनाने के लिए फुलरिन घटक पीसी71 बीएम के साथ छेद परिवहन सामग्री के रूप में उपयोग किया जाता है। पोलिचिरल एस-एसडब्ल्यूसीएनटी दृश्यमान से निकट अवरक्त (एनआईआर) प्रकाश से विस्तृत श्रृंखला ऑप्टिकल अवशोषण को सक्षम बनाता है, जो एकल चिरालिटी नैनोट्यूब का उपयोग करने के लिए वर्तमान फोटो को बढ़ाता है। प्रकाश अवशोषण को अधिकतम करने के लिए, उलटा डिवाइस संरचना का उपयोग जस्ता ऑक्साइड नैनोवायर परत के साथ सक्रिय परत में प्रवेश लंबाई को कम करने के लिए किया जाता था। वोल्टेज को अधिकतम करने के लिए मोलिब्डेनम ऑक्साइड (एमओओएक्स) का उपयोग उच्च कार्य फ़ंक्शन होल ट्रांसपोर्ट परत के रूप में किया गया था।
इस आर्किटेक्चर के साथ निर्मित कोशिकाओं ने सक्रिय परत में सीएनटी का उपयोग करने वाली किसी अन्य सौर सेल सामग्री की तुलना में 3.1% की रिकॉर्ड पावर रूपांतरण क्षमता हासिल की है। इस डिजाइन में असाधारण स्थिरता भी है, पीसीई 30 दिनों की अवधि में लगभग 9 0% शेष है। कार्बन नैनोमटेरियल्स की असाधारण रासायनिक स्थिरता अधिकांश कार्बनिक फोटोवोल्टिक्स की तुलना में उत्कृष्ट पर्यावरणीय स्थिरता को सक्षम करती है जिसे अवक्रमण को कम करने के लिए encapsulated किया जाना चाहिए।
पॉलीमर-फुलेरिन हेटरोज़ंक्शन सौर कोशिकाओं के सर्वश्रेष्ठ से संबंधित, जिनके पास लगभग 10% पीसीआई हैं, पोलिचिरल नैनोट्यूब और फुलेरिन सौर कोशिकाएं अभी भी बहुत दूर हैं। फिर भी, ये निष्कर्ष सौर कोशिकाओं में सीएनटी प्रौद्योगिकी की प्राप्त सीमाओं को धक्का देते हैं। एनआईआर शासन में अवशोषित करने के लिए पोलिचिरल नैनोट्यूब की क्षमता एक ऐसी तकनीक है जिसका उपयोग बहु-जंक्शन टंडेम सौर कोशिकाओं के भविष्य की क्षमताओं में सुधार के लिए किया जा सकता है, साथ ही भविष्य में गैर-क्रिस्टलीय सौर कोशिकाओं के जीवनकाल और स्थायित्व में वृद्धि के साथ।
एक पारदर्शी इलेक्ट्रोड के रूप में कार्बन नैनोट्यूब
आईटीओ वर्तमान में ओपीवी उपकरणों में पारदर्शी इलेक्ट्रोड के लिए उपयोग की जाने वाली सबसे लोकप्रिय सामग्री है; हालांकि, इसमें कई कमीएं हैं। एक के लिए, यह लगभग 600 डिग्री सेल्सियस के उच्च जमा तापमान के कारण बहुलक सबस्ट्रेट्स के साथ बहुत संगत नहीं है। पारंपरिक आईटीओ में प्रतिकूल यांत्रिक गुण भी हैं जैसे कि अपेक्षाकृत नाजुक होना। इसके अलावा, वैक्यूम में महंगा परत जमावट का संयोजन और उच्च गुणवत्ता वाले आईटीओ पारदर्शी इलेक्ट्रोड में इंडियम परिणामों की सीमित आपूर्ति बहुत महंगा है। इसलिए, आईटीओ के प्रतिस्थापन का विकास और व्यावसायीकरण ओपीवी अनुसंधान और विकास का एक प्रमुख केंद्र है।
आचरणशील सीएनटी कोटिंग्स हाल ही में स्प्रेइंग, स्पिन कोटिंग, कास्टिंग, लेयर-बाय-लेयर, और लैंगमुइर-ब्लोडेटेट डिप्लोशन सहित विधियों की विस्तृत श्रृंखला के आधार पर संभावित विकल्प बन गए हैं। एक विलायक या चिपकने वाली फिल्म के रूप में एक फ़िल्टर झिल्ली से पारदर्शी समर्थन में स्थानांतरण लचीला और ऑप्टिकल पारदर्शी सीएनटी फिल्मों को प्राप्त करने के लिए एक और तरीका है। अन्य शोध प्रयासों से पता चला है कि आर्क-डिस्चार्ज सीएनटी से बने फिल्मों के परिणामस्वरूप उच्च चालकता और पारदर्शिता हो सकती है। इसके अलावा, एसडब्ल्यूसीएनटी नेटवर्क का कार्य कार्य 4.8 से 4.9 ईवी रेंज में है (आईटीओ की तुलना में जिसमें 4.7 ईवी का निचला कार्य फ़ंक्शन है) जिससे उम्मीद है कि एसडब्ल्यूसीएनटी कार्य समारोह कुशल छेद संग्रह को आश्वस्त करने के लिए पर्याप्त होना चाहिए। एक अन्य लाभ यह है कि एसडब्ल्यूसीएनटी फिल्म यूवी-दृश्य से निकट अवरक्त सीमा तक एक व्यापक स्पेक्ट्रल रेंज में उच्च ऑप्टिकल पारदर्शिता प्रदर्शित करती है। स्पेक्ट्रम के दृश्य भाग में पारदर्शिता बनाए रखने के साथ ही स्वीकार्य समग्र विद्युत चालकता में पारदर्शिता बनाए रखते हुए केवल कुछ सामग्रियों ने इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रम में उचित पारदर्शिता बरकरार रखी है। एसडब्ल्यूसीएनटी फिल्में अत्यधिक लचीली होती हैं, रेंगना नहीं, झुकने के बाद क्रैक न करें, सैद्धांतिक रूप से उच्च थर्मल चालकताएं गर्मी अपव्यय को सहन करने के लिए होती हैं, और उच्च विकिरण प्रतिरोध होता है। हालांकि, आईटीओ का विद्युत शीट प्रतिरोध एसडब्ल्यूसीएनटी फिल्मों के लिए मापा गया शीट प्रतिरोध से कम परिमाण का क्रम है। फिर भी, प्रारंभिक शोध अध्ययनों से पता चलता है कि एसडब्ल्यूसीएनटी पतली फिल्मों का संचालन ओपीवी उपकरणों में छेद संग्रह के लिए पारदर्शी इलेक्ट्रोड के रूप में किया जा सकता है, जो 1% और 2.5% के बीच क्षमता के साथ पुष्टि करते हैं कि वे आईटीओ का उपयोग करके बनाई गई उपकरणों के तुलनीय हैं। इस प्रकार, पारंपरिक अनुसंधान आईटीओ सामग्री के प्रदर्शन से अधिक सीएनटी आधारित पारदर्शी इलेक्ट्रोड विकसित करने के लिए इस शोध को आगे बढ़ाने के लिए संभावनाएं मौजूद हैं।
डाई-सेंसिटिज्ड सौर कोशिकाओं में सीएनटी
सरल निर्माण प्रक्रिया, कम उत्पादन लागत और उच्च दक्षता के कारण, डाई-सेंसिटिज्ड सौर कोशिकाओं (डीएसएससी) में महत्वपूर्ण रुचि है। इस प्रकार, डीएसएससी दक्षता में सुधार विभिन्न शोध जांचों का विषय रहा है क्योंकि इसमें अन्य सौर सेल प्रौद्योगिकियों के साथ प्रतिस्पर्धा करने के लिए आर्थिक रूप से पर्याप्त रूप से निर्मित होने की क्षमता है। टाइटेनियम डाइऑक्साइड नैनोकणों का व्यापक रूप से डीएसएससी के लिए एक काम कर रहे इलेक्ट्रोड के रूप में उपयोग किया जाता है क्योंकि वे उच्च दक्षता प्रदान करते हैं, किसी अन्य धातु ऑक्साइड अर्धचालक की जांच से अधिक। फिर भी इस डिवाइस के लिए वायु द्रव्यमान (एएम) 1.5 (100 मेगावाट / सेमी 2) विकिरण के तहत उच्चतम रूपांतरण दक्षता लगभग 11% है। इस प्रारंभिक सफलता के बावजूद, दक्षता को और बढ़ाने के प्रयास ने किसी भी बड़े नतीजे नहीं दिए हैं। कण नेटवर्क में इलेक्ट्रॉनों का परिवहन नैनोस्ट्रक्चर इलेक्ट्रोड में उच्च फोटोकोनवर्जन दक्षता प्राप्त करने में एक महत्वपूर्ण समस्या रही है। चूंकि इलेक्ट्रॉनों को पारगमन के दौरान कई अनाज सीमाएं मिलती हैं और एक यादृच्छिक पथ का अनुभव होता है, ऑक्सीकरण संवेदक के साथ उनके पुनर्मूल्यांकन की संभावना बढ़ जाती है। इसलिए, दक्षता बढ़ाने के लिए ऑक्साइड इलेक्ट्रोड सतह क्षेत्र को बढ़ाने के लिए पर्याप्त नहीं है क्योंकि फोटो-जनरेटेड चार्ज रीकॉम्बिनेशन को रोका जाना चाहिए। फिल्म इलेक्ट्रोड के माध्यम से इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण को बढ़ावा देना और चालन बैंड के किनारे से नीचे झूठ बोलने वाले इंटरफ़ेस राज्यों को नियोजित दक्षता को बढ़ाने के लिए गैर-सीएनटी आधारित रणनीतियों में से कुछ हैं।
सीएनटी विकास और निर्माण में हालिया प्रगति के साथ, फोटोजनेरेटेड इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह को निर्देशित करने और चार्ज इंजेक्शन और निष्कर्षण में सहायता करने के लिए विभिन्न सीएनटी आधारित नैनोकोमोसाइट्स और नैनोस्ट्रक्चर का उपयोग करने का वादा किया गया है। एक डीएसएससी में एकत्रित इलेक्ट्रोड सतह पर इलेक्ट्रॉन परिवहन की सहायता के लिए, एक लोकप्रिय अवधारणा सीएनटी नेटवर्क का उपयोग एंकर प्रकाश कटाई अर्धचालक कणों के समर्थन के रूप में करना है। इन लाइनों के साथ अनुसंधान प्रयासों में एसडब्ल्यूसीएनटी पर सीडीएस क्वांटम डॉट्स आयोजित करना शामिल है। उत्तेजित सीडीएस से एसडब्ल्यूसीएनटी में चार्ज इंजेक्शन को सीडीएस नैनोकणों के उत्तेजना पर दस्तावेज किया गया था। सीडीएसई और सीडीटी समेत अर्धचालक कणों की अन्य किस्में सीएनटी से जुड़े होने पर दृश्य प्रकाश विकिरण के तहत चार्ज-ट्रांसफर प्रक्रियाओं को प्रेरित कर सकती हैं। पोर्फिरिन और सी 60 फुलेरिन सहित, इलेक्ट्रोड सतहों पर फोटोएक्टिव दाता पॉलिमर और स्वीकार्य फुलेरिन का संगठन भी सौर कोशिकाओं की फोटोकोनवर्जन दक्षता में काफी सुधार प्रदान करने के लिए दिखाया गया है। इसलिए, इलेक्ट्रॉन परिवहन को सुविधाजनक बनाने और एसडब्ल्यूसीएनटी अर्धचालक की इलेक्ट्रॉन-स्वीकार्य क्षमता का उपयोग करते हुए डीएसएससी की फोटोकोनवर्जन दक्षता में वृद्धि करने का अवसर है।
अन्य शोधकर्ताओं ने इलेक्ट्रोड के रूप में उपयोग के लिए टाइटेनियम डाइऑक्साइड लेपित MWCNTs प्राप्त करने के लिए सोल-जेल विधि का उपयोग करके डीएसएससी बनाये। चूंकि प्राचीन MWCNTs में हाइड्रोफोबिक सतह और खराब फैलाव स्थिरता होती है, इसलिए इस एप्लिकेशन के लिए प्रत्यारोपण आवश्यक था। अशुद्धियों को हटाने के लिए अपेक्षाकृत कम विनाश विधि, एच 2 ओ 2 उपचार का उपयोग MWCNTs के ऑक्सीकरण द्वारा कार्बोक्सालिक एसिड समूहों को उत्पन्न करने के लिए किया गया था। एक अन्य सकारात्मक पहलू यह तथ्य था कि सीओ 2 और एच 2 ओ सहित प्रतिक्रिया गैस गैर-विषाक्त थे और ऑक्सीकरण प्रक्रिया के दौरान सुरक्षित रूप से जारी किए जा सकते थे। उपचार के परिणामस्वरूप, एच 2 ओ 2 के सामने आने वाले एमडब्ल्यूसीएनटी में एक हाइड्रोफिलिक सतह होती है और सतह पर कार्बोक्सिलिक एसिड समूहों में ध्रुवीय सहसंयोजक बंधन होता है। इसके अलावा, MWCNT की नकारात्मक चार्ज सतह ने फैलाव की स्थिरता में सुधार किया। तब तक पूरी तरह से एमडब्ल्यूसीएनटी के आस-पास टाइटेनियम डाइऑक्साइड नैनोकणों के साथ सोल-जेल विधि का उपयोग करके, पारंपरिक टाइटेनियम डाइऑक्साइड सेल की तुलना में लगभग 50% की रूपांतरण दक्षता में वृद्धि हासिल की गई। छिद्रयुक्त टाइटेनियम डाइऑक्साइड फिल्म में टाइटेनियम डाइऑक्साइड कणों और MWCNTs के बीच बढ़ी हुई इंटरकनेक्टिविटी शॉर्ट सर्किट वर्तमान घनत्व में सुधार का कारण साबित हुई थी। यहां फिर से, एमडब्ल्यूसीएनटी के अतिरिक्त डीएसएससी में फिल्म के माध्यम से अधिक कुशल इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण प्रदान करने के लिए सोचा गया था।
पीवी उपकरणों की फोटोएक्टिव परत के लिए एसडब्ल्यूसीएनटी का उपयोग करने वाला एक मुद्दा मिश्रित शुद्धता है जब संश्लेषित (लगभग 1/3 धातु और 2/3 अर्धचालक)। धातु एसडब्ल्यूसीएनटी (एम-एसडब्ल्यूसीएनटी) इलेक्ट्रॉन और छेद जोड़े के बीच उत्तेजना पुनर्मूल्यांकन का कारण बन सकता है, और धातु और अर्धचालक एसडब्ल्यूसीएनटी (एस-एसडब्ल्यूसीएनटी) के बीच जंक्शन स्कोट्की बाधाओं को छेद संचरण संभावना को कम करता है। संश्लेषित सीएनटी की इलेक्ट्रॉनिक संरचना में विसंगति के लिए अर्धचालक प्रदर्शन को अनुकूलित करने के लिए एम-एसडब्ल्यूसीएनटी को अलग करने और निकालने के लिए इलेक्ट्रॉनिक सॉर्टिंग की आवश्यकता होती है। यह एक घनत्व ढाल अल्ट्रासेन्ट्रिफुगेशन (डीजीई) प्रक्रिया के माध्यम से व्यास और सीएनटी के इलेक्ट्रॉनिक सॉर्टिंग के माध्यम से पूरा किया जा सकता है, जिसमें सर्फैक्टेंट्स का ढाल शामिल होता है जो सीएनटी को व्यास, chirality, और इलेक्ट्रॉनिक प्रकार से अलग कर सकते हैं। यह सॉर्टिंग विधि एम-एसडब्ल्यूसीएनटी को अलग करने और एस-एसडब्ल्यूसीएनटी की कई चिरस्थाओं के सटीक संग्रह को सक्षम बनाता है, प्रत्येक चिरस्था प्रकाश की एक अद्वितीय तरंग दैर्ध्य को अवशोषित करने में सक्षम है। एस-एसडब्ल्यूसीएनटी की कई chiralities पीवी सक्रिय परत के लिए heterojunctions बनाने के लिए फुलरिन घटक पीसी71 बीएम के साथ छेद परिवहन सामग्री के रूप में उपयोग किया जाता है। पोलिचिरल एस-एसडब्ल्यूसीएनटी दृश्यमान से निकट अवरक्त (एनआईआर) प्रकाश से विस्तृत श्रृंखला ऑप्टिकल अवशोषण को सक्षम बनाता है, जो एकल चिरालिटी नैनोट्यूब का उपयोग करने के लिए वर्तमान फोटो को बढ़ाता है। प्रकाश अवशोषण को अधिकतम करने के लिए, उलटा डिवाइस संरचना का उपयोग जस्ता ऑक्साइड नैनोवायर परत के साथ सक्रिय परत में प्रवेश लंबाई को कम करने के लिए किया जाता था। वोल्टेज को अधिकतम करने के लिए मोलिब्डेनम ऑक्साइड (एमओओएक्स) का उपयोग उच्च कार्य फ़ंक्शन होल ट्रांसपोर्ट परत के रूप में किया गया था।
इस आर्किटेक्चर के साथ निर्मित कोशिकाओं ने सक्रिय परत में सीएनटी का उपयोग करने वाली किसी अन्य सौर सेल सामग्री की तुलना में 3.1% की रिकॉर्ड पावर रूपांतरण क्षमता हासिल की है। इस डिजाइन में असाधारण स्थिरता भी है, पीसीई 30 दिनों की अवधि में लगभग 9 0% शेष है। कार्बन नैनोमटेरियल्स की असाधारण रासायनिक स्थिरता अधिकांश कार्बनिक फोटोवोल्टिक्स की तुलना में उत्कृष्ट पर्यावरणीय स्थिरता को सक्षम करती है जिसे अवक्रमण को कम करने के लिए encapsulated किया जाना चाहिए।
पॉलीमर-फुलेरिन हेटरोज़ंक्शन सौर कोशिकाओं के सर्वश्रेष्ठ से संबंधित, जिनके पास लगभग 10% पीसीआई हैं, पोलिचिरल नैनोट्यूब और फुलेरिन सौर कोशिकाएं अभी भी बहुत दूर हैं। फिर भी, ये निष्कर्ष सौर कोशिकाओं में सीएनटी प्रौद्योगिकी की प्राप्त सीमाओं को धक्का देते हैं। एनआईआर शासन में अवशोषित करने के लिए पोलिचिरल नैनोट्यूब की क्षमता एक ऐसी तकनीक है जिसका उपयोग बहु-जंक्शन टंडेम सौर कोशिकाओं के भविष्य की क्षमताओं में सुधार के लिए किया जा सकता है, साथ ही भविष्य में गैर-क्रिस्टलीय सौर कोशिकाओं के जीवनकाल और स्थायित्व में वृद्धि के साथ।