हैलाइड पेरोव्स्काइट ने अपने असाधारण ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक गुणों के साथ फोटोवोल्टिक क्षेत्र में क्रांति ला दी है, जिसका प्रदर्शन मुख्य रूप से सौर सेल में इंटरफ़ेस इंजीनियरिंग के माध्यम से अनुकूलित किया जाता है। हालांकि, जैसे-जैसे प्रदर्शन पारंपरिक p-n जंक्शन भौतिकी की सैद्धांतिक सीमा के करीब पहुंच रहा है, वैकल्पिक फोटोवोल्टिक तंत्र की खोज की तत्काल आवश्यकता है। यह अध्ययन मिथाइलअमोनियम लेड हैलाइड पेरोव्स्काइट (MAPbBr3 और MAPbI3) मेंफ्लेक्सो-फोटोवोल्टिक प्रभाव- एक शरीर फोटोवोल्टिक प्रभाव जो तनाव प्रवणता द्वारा संचालित होता है। अध्ययन से पता चलता है कि ये सामग्रियाँ आधार ऑक्साइड SrTiO की तुलना में कई आदेशों के परिमाण से अधिक FPV प्रभाव प्रदर्शित करती हैं,3और महत्वपूर्ण रूप से, पर्याप्त रूप से बड़ी तनाव प्रवणता पर, वे अपने स्वयं के बैंडगैप से अधिक फोटोवोल्टेज उत्पन्न करने में सक्षम हैं। यह कार्य दर्शाता है कि,तनाव प्रवणता इंजीनियरिंगहेलाइड पेरोव्स्काइट उपकरणों के प्रदर्शन को बढ़ाने और पारंपरिक सीमाओं को तोड़ने के लिए एक नया कार्यात्मक प्रतिमान प्रदान कर सकता है।
फ्लेक्सो-फोटोवोल्टिक प्रभाव को समझने के लिए मूल सममिति सिद्धांतों और मौजूदा फोटोवोल्टिक तंत्रों पर आधारित होना आवश्यक है।
प्रकाश-जनित वाहकों द्वारा शुद्ध दिशात्मक प्रवाह (फोटोकरंट) उत्पन्न करने के लिए स्थानिक व्युत्क्रम सममिति का भंग होना आवश्यक है। पारंपरिक सौर सेल में, यह सममिति भंगp-n संधि इंटरफेसपर होती है, जो इलेक्ट्रॉन-होल युग्मों को पृथक करने के लिए कार्य करता है।
कुछ गैर-केंद्रीय सममित (उदाहरण के लिए, पीजोइलेक्ट्रिक) क्रिस्टल में, स्थानिक व्युत्क्रम समरूपता बल्क सामग्री के भीतर आंतरिक रूप से टूट जाती है। प्रकाश एक जंक्शन की आवश्यकता के बिना एक स्थिर-अवस्था फोटोकरंट उत्पन्न कर सकता है, जिसे बल्क फोटोवोल्टिक प्रभाव कहा जाता है। विस्थापन धारा एक प्रमुख तंत्र के रूप में, इसे घटनात्मक रूप से वर्णित किया जा सकता है।
फ्लेक्सोइलेक्ट्रिसिटी एक सार्वभौमिक संपत्ति है, जहाँ स्ट्रेन ग्रेडिएंट ($\nabla \epsilon$) किसी भी डाइइलेक्ट्रिक सामग्री में ध्रुवीकरण ($P$) प्रेरित कर सकता है: $P_i = \mu_{ijkl} \frac{\partial \epsilon_{jk}}{\partial x_l}$, जहाँ $\mu$ फ्लेक्सोइलेक्ट्रिक टेंसर है। एक क्रिस्टल को मोड़ने से ऐसा ग्रेडिएंट उत्पन्न होता है, जो समरूपता को तोड़ता है और स्ट्रेन ग्रेडिएंट-चालित BPVE, यानी फ्लेक्सोफोटोवोल्टाइक प्रभाव को सक्षम बनाता है। सिद्धांत रूप में, किसी भी सामग्री में मोड़े जाने पर यह प्रभाव उत्पन्न हो सकता है।
MAPbBr₃ संश्लेषित किया गया।3 और MAPbI3 के एकल क्रिस्टल। वाणिज्यिक SrTiO3 सिंगल क्रिस्टल फ्लेक्सोइलेक्ट्रिसिटी के लिए एक बेंचमार्क के रूप में कार्य करता है। क्रिस्टल के विपरीत फलकों पर समान गोल्ड इलेक्ट्रोड जमा करके एक सममित कैपेसिटर संरचना तैयार की गई।
नियंत्रित स्ट्रेन ग्रेडिएंट लागू करने के लिए क्रिस्टल को यांत्रिक रूप से मोड़ा गया। साइड इल्युमिनेशन (MAPB के लिए 405 nm LED, STO के लिए 365 nm LED) का उपयोग करके, यह सुनिश्चित किया गया कि दो सममित इलेक्ट्रोड से इंटरफ़ेस-संबंधित फोटोवोल्टिक योगदान एक-दूसरे को रद्द कर दें, जिससे बल्क इफेक्ट को अलग किया जा सके। ऑप्टिकल वोल्टेज को बेंडिंग कर्वेचर (स्ट्रेन ग्रेडिएंट) और प्रकाश तीव्रता (1000 LUX तक) के फलन के रूप में मापा गया।
卤化物钙钛矿 >> SrTiO3
> 可实现带隙电压
FPV + Intrinsic BPVE
The study found that MAPbBr3 और MAPbI3 SrTiO3 जैसे संदर्भ ऑक्साइड की तुलना में मापा गया फ्लेक्सो-फोटोवोल्टिक प्रभाव3 कई आदेशों के परिमाण से अधिक हैयह हैलाइड पेरोव्स्काइट्स में उच्च परावैद्युत स्थिरांक और आयनिक गतिशीलता के कारण बढ़े हुए फ्लेक्सोइलेक्ट्रिक गुणांक के माध्यम से, तनाव प्रवणता और आवेश पृथक्करण के बीच असाधारण रूप से मजबूत युग्मन को उजागर करता है।
एक मील का पत्थर खोज यह थी कि पर्याप्त रूप से बड़े लागू स्ट्रेन ग्रेडिएंट के लिए, उत्पन्नफोटोवोल्टेज सामग्री के बैंडगैप वोल्टेज से अधिक हो सकता है ($V_{ph} > E_g / e$)。这违反了基于结物理的单结太阳能电池传统肖克利-奎伊瑟极限，并展示了基于体效应的能量转换机制所具有的根本不同且可能更高的上限。
MAPbI में,3फ्लेक्सो-फोटोवोल्टेज पहले से मौजूद, हिस्टैरिसीस-युक्त अंतर्निहित शरीर फोटोवोल्टेज के ऊपर सुपरइम्पोज़ होता है। यह हिस्टैरिसीस सामग्री कीविद्युत-परिवर्तनीय स्थूल ध्रुवणसुसंगत विशेषताएँ यह दर्शाती हैं कि फेरोइलेक्ट्रिक (या फेरोइलेक्ट्रिक-जैसे) डोमेन और फोटोवोल्टिक प्रतिक्रिया के बीच युग्मन मौजूद है। ये प्रभाव योगात्मक हैं, जो बहु-तंत्र संवर्धन की क्षमता प्रदर्शित करते हैं।
फ्लेक्सो-फोटोवोल्टिक धारा घनत्व $J_{FPV}$ को घटनात्मक रूप से सामग्री गुणों और प्रयोगात्मक मापदंडों से संबंधित किया जा सकता है:
$J_{FPV} \propto \beta \cdot I \cdot \nabla \epsilon$
यहाँ $\beta$ एक सामग्री-विशिष्ट FPV गुणांक है जिसमें फ्लेक्सोइलेक्ट्रिक टेंसर और वाहक परिवहन गुण शामिल हैं, $I$ प्रकाश की तीव्रता है, और $\nabla \epsilon$ विकृति प्रवणता है। खुला-परिपथ फोटोवोल्टेज $V_{oc}$ इस धारा और नमूने के आंतरिक प्रतिरोध से संबंधित है। बैंडगैप से अधिक फोटोवोल्टेज उत्पन्न करने की शर्त का तात्पर्य है कि इन पेरोव्स्काइट्स में गुणनफल $\beta \cdot \nabla \epsilon$ इतना बड़ा हो सकता है कि वाहकों को $E_g/e$ से अधिक विभवांतर को पार करने के लिए प्रेरित कर सके। MAPbI3में देखी गई हिस्टैरिसीस प्रतिक्रिया एक समय-निर्भर ध्रुवीकरण $P(t)$ की उपस्थिति को दर्शाती है, जो आंतरिक विद्युत क्षेत्र को बदल देता है: $J_{total} \propto (\beta_{FPV} \cdot \nabla \epsilon + \gamma \cdot P(t)) \cdot I$, जहाँ $\gamma$ युग्मन गुणांक है।
नए फोटोवोल्टिक तंत्रों के मूल्यांकन के लिए विश्लेषणात्मक ढांचा:
केस स्टडी अनुप्रयोग:将此框架应用于本文，可以清晰地看到其执行过程：对称结构分离了体效应，弯曲控制了 $\nabla \epsilon$，STO提供了基准，而>$E_g$ $V_{oc}$ 的发现是极限测试的结果。迟滞行为促使了对本征极化状态的探究。
यह केवल एक वृद्धिशील दक्षता सुधार नहीं है; यह एक हैShockley-Queisser limit के लिए एक प्रतिमान-परिवर्तनकारी चुनौतीलेखकों ने सामग्री के यांत्रिक विरूपण - एक ऐसे कारक को जिसे आमतौर पर विश्वसनीयता का दुःस्वप्न माना जाता है - का प्रभावी ढंग से उपयोग करके एकल-चरण सामग्री मेंसैद्धांतिक रूप से असंभव होना चाहिए था।फोटोवोल्टेज उत्पन्न किया। उन्होंने उच्च दक्षता की खोज के मोर्चे को इंटरफेस के नैनोइंजीनियरिंग से तनाव क्षेत्रों के स्थूल एवं सूक्ष्म इंजीनियरिंग की ओर स्थानांतरित कर दिया। इसका निहितार्थ गहरा है: यदि सिंगल-जंक्शन सिलिकॉन सेल की दक्षता सीमा लगभग 29% और पेरोव्स्काइट की लगभग 31% है, तो एक ऐसी व्यवस्था जो विस्तृत संतुलन सिद्धांत से बंधी नहीं है, एक पूरी तरह से नई, अभी तक अपरिभाषित सीमा के द्वार खोल देती है।
तर्क अत्यंत स्पष्ट और पुनरावर्ती है। 1) एक नए प्रकार के फोटोवोल्टिक भौतिकी की आवश्यकता है जो p-n जंक्शन से परे हो। 2) बल्क इफेक्ट (जैसे BPVE) एक विकल्प है। 3) फ्लेक्सोइलेक्ट्रिसिटी द्वाराकिसी भीबेंडेबल सामग्री में BPVE (FPV) प्रेरित किया जा सकता है। 4) हैलाइड पेरोव्स्काइट शीर्ष स्तर की फोटोवोल्टिक सामग्री है,औरयह ज्ञात है कि इनमें उच्च फ्लेक्सोइलेक्ट्रिक गुण होते हैं। 5) इसलिए, उनके FPV का परीक्षण किया गया। 6) परिणाम: इसका प्रभाव असाधारण रूप से विशाल है, और यह बैंडगैप वोल्टेज बाधा को तोड़ सकता है। तर्क श्रृंखला सुसंगत है, जो एक सैद्धांतिक कल्पना (ऑक्साइड में FPV) को सबसे लोकप्रिय फोटोवोल्टिक सामग्री परिवार में एक संभावित विघटनकारी तकनीक में बदल देती है।
लाभ:实验设计简洁优雅，有效地分离了效应。>$E_g$ 的结果是吸引眼球、明确验证该概念潜力的头条发现。使用STO作为基准提供了关键的背景信息。MAPbI में,3में आंतरिक ध्रुवीकरण के साथ योगात्मकता देखी गई, जो बहु-भौतिक क्षेत्र अनुकूलन के व्यापक अवसर का संकेत देती है।
कमियाँ एवं अंतराल:यह एक हैसिंगल क्रिस्टल बेसिक साइंटिफिक रिसर्च। कमरे में हाथी हैव्यावहारिक अनुप्रयोगलचीले सब्सट्रेट पर फिल्म सौर सेल में बड़े, नियंत्रणीय और स्थिर स्ट्रेन ग्रेडिएंट को कैसे पेश किया जाए, जबकि थकान या फ्रैक्चर को प्रेरित किए बिना? पेपर पावर कन्वर्जन दक्षता मेट्रिक का उल्लेख नहीं करता है - उच्च वोल्टेज उत्पन्न करना एक बात है, लेकिन उपयोगी शक्ति (करंट x वोल्टेज) निकालना दूसरी बात है। निरंतर प्रकाश और यांत्रिक चक्रण के तहत प्रभाव की स्थिरता पर बिल्कुल भी चर्चा नहीं की गई है, जो किसी भी व्यावहारिक अनुप्रयोग के लिए एक महत्वपूर्ण चूक है।
शोधकर्ताओं के लिए: अगला तत्काल कदम हैइस प्रभाव को पतली फिल्मों में प्रदर्शित करें। स्ट्रेन इंजीनियरिंग में माहिर टीमों के साथ सहयोग करें (उदाहरण के लिए, लैटिस मिसमैच सब्सट्रेट, कोर-शेल नैनोपार्टिकल्स, या पैटर्न्ड स्ट्रेस लेयर्स का उपयोग करके)। संपूर्ण J-V वक्र मापें और FPV योगदान वाली PCE रिपोर्ट करें। अन्य संकर पेरोव्स्काइट्स और द्वि-आयामी रूपों का अन्वेषण करें जिनमें उच्च फ्लेक्सोइलेक्ट्रिक गुणांक हो सकते हैं।
निवेशकों के लिए: यह एक उच्च जोखिम, उच्च इनाम वाला प्रारंभिक निवेश है। अगले 5 वर्षों में व्यावसायिक उपकरणों की अपेक्षा न करें। हालांकि, उन प्रयासों को वित्तपोषित करना चाहिए जो इन मुद्दों का समाधान करने पर केंद्रित हैंसामग्री एकीकरण और यांत्रिक इंजीनियरिंग चुनौतियाँटीम। यदि इसकी दक्षता का दावा पैमाने पर खरा उतरता है, तो फोटोवोल्टिक मॉड्यूल में डिज़ाइन किए गए स्ट्रेन ग्रेडिएंट को एम्बेड करने की विधि के आसपास का बौद्धिक संपदा अत्यंत मूल्यवान हो सकती है।
उद्योग के लिए: इसे एक के रूप में देखा जाना चाहिएदीर्घकालिक रणनीतिक विकल्पनिकट भविष्य में तैनाती के लिए इंटरफ़ेसियल पेरोव्स्काइट सौर सेल को अनुकूलित करना जारी रखें, लेकिन साथ ही एक कुशल और लचीला अनुसंधान एवं विकास दल को बल्क-इफ़ेक्ट अवधारणाओं पर नज़र रखने और उनका परीक्षण करने के लिए आवंटित करें। संभावित पुरस्कार - एक मौलिक रूप से उच्च दक्षता सीमा वाला सौर सेल - एक पोर्टफोलियो रणनीति अपनाने को उचित ठहराता है।