சூரிய மின்கலன்களின் புதிய அளவீட்டு முறை

TU ஃப்ரீபெர்க்கின் இயற்பியலாளர்கள், பெர்க்லி மற்றும் ஹாம்பர்க் ஆராய்ச்சியாளர்களின் ஒத்துழைப்புடன், சூரிய மின்கலங்களின் (Solar cells) மாதிரி அமைப்பில் செயல்முறைகளை ஃபெம்டோசெகண்ட்களில் கரிம பகுப்பாய்வு செய்கிறார்கள். உயர் செயல்திறன் மிக்க மற்றும் அதிக திறனுடைய சூரிய மின்கலங்களை உருவாக்க இது பயன்படுத்தப்படலாம். இதற்கு ஒளியின் அதிவேக ஒளிரும் பண்பு மூல  காரணியாக செயல்படுகிறது. ஹாம்பர்க்கில் உள்ள டாக்டர் ப்ரீட்ரிக் ரோத் தலைமையிலான குழு இவ்வாய்வில் பணிபுரிகிறது. மேலும் இது எக்ஸ்-கதிர் பிரிவில் உலகின் முதல் கட்டுறா-எலக்ட்ரான் லேசராகும்

“இந்த எக்ஸ்ரே மூலத்தின் சிறப்பு பண்புகளை நாங்கள் பயன்படுத்திக் கொண்டோம். மேலும் அவற்றை நேரம் தீர்க்கப்பட்ட எக்ஸ் கதிர் ஒளிஉமிழ்வு நிறமாலை(TR-XPS-time-resolved X-ray photoemission spectroscopy) மூலம் தீர்வு கண்டு விரிவுபடுத்தினோம். இந்த முறை வெளிப்புற ஒளிமின் விளைவை (Photoelectric effect) அடிப்படையாகக் கொண்டது, இதன் விளக்கத்கத்தை கண்டுபிடித்ததற்காக ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டீன், 1921-இல் இயற்பியலுக்கான நோபல் பரிசைப் பெற்றார். முதல் முறையாக, ஒரு கரிம சூரிய மின்கலதின் மாதிரி அமைப்பை ஒளி தாக்கும் போது குறிப்பிட்ட மின்னூட்டத்தை பிரிக்கவும், அடுத்தடுத்த செயல்முறைகளை நேரடியாக பகுப்பாய்வு செய்யவும் முடிந்தது. நிகழ்நேரத்தில் மின்னூட்ட பிரிப்பின் செயல்திறனை எங்களால் தீர்மானிக்க முடிந்தது” என்று TU பெர்ககாடமி ஃப்ரீபெர்க்கில் உள்ள பரிசோதனை இயற்பியல் நிறுவனத்தைச் சேர்ந்த டாக்டர் ரோத் விளக்குகிறார்.

போட்டான் அறிவியலுடன் சிறந்த சூரிய மின்கலன்

முந்தைய முறைகளுக்கு மாறாக, இம்முறையில் ஆய்வாளர்களால் மின்னூட்டம் பிரிப்பதற்கு முன்னர் புலப்படாத ஒளியலை வரிசையை அடையாளம் காண முடிந்தது. “எங்கள் அளவீட்டு முறை மூலம், நேரத்தை தீர்க்கும், அணுவின் குறிப்பிட்ட பகுப்பாய்வை நாங்கள் மேற்கொள்ள முடியும். இது தொடர்புடைய மூலக்கூறுக்கு ஒதுக்கக்கூடிய அதன் பண்பை நமக்கு வழங்குகிறது. ஒளி லேசரால் ஆற்றல் பெறும் எலக்ட்ரான்கள் ஏற்பி மூலக்கூறுக்கு வரும்போது, அவை எவ்வளவு காலம் தங்கியிருக்கின்றன, எப்போது அல்லது எப்படி மீண்டும் மறைகின்றன என்பதை நாம் காணலாம்,” என்று அளவீட்டு முறையை விளக்கி பேராசிரியர் செர்குய் மோலோட்சோவ் இவ்வாறு கூறுகிறார். ஃப்ரீபெர்க் இன்ஸ்டிடியூட் ஆப் எக்ஸ்பரிமென்டல் பிசிக்ஸ்  “எக்ஸ்-கதிர் கட்டுறா எலக்ட்ரான்களின் லேசர்கள் கட்டமைப்பு ஆராய்ச்சி (XFELs-X-ray Free Electron Lasers) மற்றும் சின்க்ரோட்ரான் கதிர்வீச்சு” என்ற ஆராய்ச்சி குழுவின் தலைவராக உள்ள இவர், ஐரோப்பிய எக்ஸ்-கதிர் கட்டுறா எலக்ட்ரான் லேசர் (EuXFEL-European X-ray Free Electron Laser) ஆராய்ச்சியில் அறிவியல் இயக்குநராகவும் உள்ளார்.

குவாண்டம் செயல்திறனை அதிகரித்தல்

நிகழ்நேர பகுப்பாய்வு மற்றும் உள் அளவுருக்களின் அளவீட்டு ஆகியவை சூரிய மின்கலன்கள் உருவாக்கும் தொழிற்சாலையில் அடிப்படை ஆராய்ச்சியின் முக்கிய அம்சங்களாகும். “எங்கள் அளவீடுகள் மூலம், கட்டுறா மின்னூட்ட ஊர்திகள் உருவாகும் அல்லது இழக்கப்படும் இடைமுகங்களைப் பற்றிய முக்கியமான முடிவுகளை நாங்கள் எடுக்கிறோம். இதனால் சூரிய மின்கலங்களின் செயல்திறனை பலவீனப்படுத்துகிறோம்” என்று டாக்டர் ரோத் கூறுகிறார். ஃப்ரீபெர்க் ஆராய்ச்சியாளர்களின் கண்டுபிடிப்புகளுடன், எடுத்துக்காட்டாக, மூலக்கூறு மட்டத்தில் அல்லது பொருள் அறிவியல் துறையில் தேர்வுமுறை சாத்தியங்கள் பெறப்படலாம் மற்றும் குவாண்டம் செயல்திறன் புதிதாக வளர்ந்து வரும் ஒளிமின்னழுத்த மற்றும் ஒளிச்சேர்க்கை அமைப்புகளை மேம்படுத்துகிறது. குவாண்டம் செயல்திறன் நிகழ்வு, படு ஒளி மற்றும் ஃபோட்டான் ஆகியவற்றின் விகிதத்தை விவரிக்கிறது (மின்னோட்டம் உருவாக்கப்படும்).

References:

1. 1. Kawashima, K., Tamai, Y., Ohkita, H., Osaka, I., & Takimiya, K. (2015). High-efficiency polymer solar cells with small photon energy loss. Nature communications, 6(1), 1-9.
   2. Zhu, J., Yu, Z., Fan, S., & Cui, Y. (2010). Nanostructured photon management for high performance solar cells. Materials Science and Engineering: R: Reports, 70(3-6), 330-340.
   3. Jeong, S., Wang, S., & Cui, Y. (2012). Nanoscale photon management in silicon solar cells. Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films, 30(6), 060801.
   4. Nozik, A. J. (2002). Quantum dot solar cells. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 14(1-2), 115-120.