क्वांटम डॉट सौर सेल: Difference between revisions

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[[File:Sargent Group quantum dot solar cell.jpg|thumb|टोरंटो विश्वविद्यालय में सार्जेंट ग्रुप द्वारा निर्मित स्पिन-कास्ट क्वांटम डॉट सोलर सेल। सामने की सतह पर धातु डिस्क नीचे की परतों के विद्युत कनेक्शन हैं।]][[क्वांटम डॉट]] सोलर सेल (QDSC) एक सोलर सेल डिज़ाइन है जो क्वांटम डॉट्स को अवशोषित फोटोवोल्टिक सामग्री के रूप में उपयोग करता है। यह बल्क सामग्री जैसे [[सिलिकॉन]], [[कॉपर इंडियम गैलियम सेलेनाइड]] ([[कॉपर इंडियम गैलियम सेलेनाइड [[सौर सेल]]]]) या [[कैडमियम टेल्यूराइड]] ([[कैडमियम टेल्यूराइड फोटोवोल्टिक्स]]) को बदलने का प्रयास करता है। क्वांटम डॉट्स में [[ ऊर्जा अंतराल ]] होते हैं जो अपने आकार को बदलकर ऊर्जा स्तरों की एक विस्तृत श्रृंखला में ट्यून करने योग्य होते हैं। थोक सामग्रियों में, बैंडगैप सामग्री (ओं) की पसंद से तय होता है। यह संपत्ति क्वांटम डॉट्स को [[मल्टीजंक्शन फोटोवोल्टिक सेल]] | मल्टी-जंक्शन सोलर सेल के लिए आकर्षक बनाती है, जहां विभिन्न सामग्रियों का उपयोग [[सौर स्पेक्ट्रम]] के कई हिस्सों की कटाई करके दक्षता में सुधार के लिए किया जाता है।
[[File:Sargent Group quantum dot solar cell.jpg|thumb|टोरंटो विश्वविद्यालय में सार्जेंट ग्रुप द्वारा निर्मित स्पिन-कास्ट क्वांटम डॉट सोलर सेल। सामने की सतह पर धातु डिस्क नीचे की परतों के विद्युत कनेक्शन हैं।]]


2022 तक, सौर सेल की दक्षता 18.1% से अधिक हो गई है।<ref>{{cite web |title=सर्वश्रेष्ठ अनुसंधान सेल दक्षता चार्ट|url=https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html |website=National Renewable Energy Laboratory |publisher=National Renewable Energy Laboratory |access-date=22 May 2022}}</ref> क्वांटम डॉट सौर कोशिकाओं में उच्च फोटोवोल्टेज या उच्च फोटोक्यूरेंट्स का उत्पादन करने के लिए गर्म फोटोजेनरेटेड वाहकों का उपयोग करके सौर फोटोन रूपांतरण की अधिकतम प्राप्य थर्मोडायनामिक रूपांतरण दक्षता को लगभग 66% तक बढ़ाने की क्षमता है।<ref>{{Cite journal |last=Nozik |first=A. J |date=2002-04-01 |title=क्वांटम डॉट सौर सेल|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1386947702003740 |journal=Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures |language=en |volume=14 |issue=1 |pages=115–120 |doi=10.1016/S1386-9477(02)00374-0 |bibcode=2002PhyE...14..115N |issn=1386-9477}}</ref>




क्वांटम डॉट सोलर सेल (क्यूडीएससी) सोलर सेल डिज़ाइन है जो क्वांटम डॉट्स को अवशोषित फोटोवोल्टिक पदार्थ के रूप में उपयोग करता है। यह विस्तृत पदार्थ जैसे सिलिकॉन कॉपर इंडियम गैलियम सेलेनाइड (कॉपर इंडियम गैलियम सेलेनाइड [[सौर सेल]]) या कैडमियम टेल्यूराइड ([[कैडमियम टेल्यूराइड फोटोवोल्टिक्स]]) को बदलने का प्रयास करता है। क्वांटम डॉट्स में बैंडगैप होते हैं जो अपने आकार को बदलकर ऊर्जा स्तरों की विस्तृत श्रृंखला में ट्यून करने योग्य होते हैं। विस्तृत सामग्रियों में बैंडगैप को पदार्थ (एस) के चुनाव द्वारा तय किया जाता है। यह संपत्ति बहु -जंक्शन सौर कोशिकाओं के लिए क्वांटम डॉट्स को आकर्षक बनाती है जहां सौर स्पेक्ट्रम के कई भागो की संचयन करके दक्षता में सुधार के लिए विभिन्न सामग्रियों का उपयोग किया जाता है।
2022 तक सौर सेल की दक्षता 18.1% से अधिक हो गई है।<ref>{{cite web |title=सर्वश्रेष्ठ अनुसंधान सेल दक्षता चार्ट|url=https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html |website=National Renewable Energy Laboratory |publisher=National Renewable Energy Laboratory |access-date=22 May 2022}}</ref> क्वांटम डॉट सौर कोशिकाओं में उच्च फोटोवोल्टेज या उच्च फोटोक्यूरेंट्स का उत्पादन करने के लिए गर्म फोटोजेनरेटेड वाहकों का उपयोग करके सौर फोटोन रूपांतरण की अधिकतम प्राप्य थर्मोडायनामिक रूपांतरण दक्षता को लगभग 66% तक बढ़ाने की क्षमता है।<ref>{{Cite journal |last=Nozik |first=A. J |date=2002-04-01 |title=क्वांटम डॉट सौर सेल|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1386947702003740 |journal=Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures |language=en |volume=14 |issue=1 |pages=115–120 |doi=10.1016/S1386-9477(02)00374-0 |bibcode=2002PhyE...14..115N |issn=1386-9477}}</ref>
== पृष्ठभूमि ==
== पृष्ठभूमि ==


=== सौर सेल अवधारणाएं ===
=== सौर सेल अवधारणाएं ===


एक पारंपरिक सौर सेल में, एक [[अर्धचालक]] द्वारा प्रकाश को अवशोषित किया जाता है, जो एक इलेक्ट्रॉन-छिद्र (ए-एच) जोड़ी का उत्पादन करता है; जोड़ी बंधी हो सकती है और इसे [[ exciton ]] कहा जाता है। यह जोड़ी एक आंतरिक विद्युत रासायनिक क्षमता (p-n जंक्शनों या Schottky डायोड में मौजूद) से अलग होती है और इलेक्ट्रॉनों और छेदों के परिणामी प्रवाह से विद्युत प्रवाह बनता है। आंतरिक इलेक्ट्रोकेमिकल क्षमता [[डोपिंग (सेमीकंडक्टर)]] द्वारा सेमीकंडक्टर इंटरफ़ेस के एक हिस्से के साथ बनाई जाती है जो इलेक्ट्रॉन दाताओं (एन-टाइप डोपिंग) के रूप में कार्य करती है और दूसरा इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता (पी-टाइप डोपिंग) के साथ होती है जिसके परिणामस्वरूप [[पी-एन जंक्शन]] होता है। एक एह जोड़ी की पीढ़ी के लिए आवश्यक है कि फोटॉनों में सामग्री के बैंडगैप से अधिक ऊर्जा हो। प्रभावी रूप से, बैंडगैप से कम ऊर्जा वाले फोटॉन अवशोषित नहीं होते हैं, जबकि जो उच्च हैं वे जल्दी (लगभग 10 के भीतर)<sup>-13</sup> s) आउटपुट को कम करते हुए, बैंड के किनारों तक थर्मलाइज़ करें। पूर्व सीमा वर्तमान (बिजली) को कम करती है, जबकि थर्मलकरण [[वोल्टेज]] को कम करता है। नतीजतन, अर्धचालक कोशिकाओं को वोल्टेज और करंट के बीच एक व्यापार-बंद का सामना करना पड़ता है (जो कि कई जंक्शन कार्यान्वयनों का उपयोग करके आंशिक रूप से कम किया जा सकता है)। शॉक्ली-क्विज़र सीमा दर्शाती है कि यदि कोई सौर सेल के लिए 1.34 ईवी के आदर्श बैंडगैप के साथ एकल सामग्री का उपयोग करता है तो यह दक्षता 33% से अधिक नहीं हो सकती है।<ref>{{cite journal|last1=Shockley|first1=William|last2=Queisser|first2=Hans J.|title=पी-एन जंक्शन सौर सेल की दक्षता की विस्तृत शेष सीमा|journal=Journal of Applied Physics|volume=32|issue=3|page=510|year=1961|doi=10.1063/1.1736034|bibcode = 1961JAP....32..510S }}</ref>
एक पारंपरिक सौर सेल में [[अर्धचालक]] द्वारा प्रकाश को अवशोषित किया जाता है, जो इलेक्ट्रॉन-छिद्र (ए-एच) जोड़ी का उत्पादन करता है; जोड़ी बंधी हो सकती है और इसे [[ exciton |एक्साइटन]] कहा जाता है। यह जोड़ी आंतरिक विद्युत रासायनिक क्षमता (पी-एन जंक्शनों या शोट्की डायोड में उपस्थित) से अलग होती है और इलेक्ट्रॉनों और छेदों के परिणामी प्रवाह से विद्युत प्रवाह बनता है। आंतरिक इलेक्ट्रोकेमिकल क्षमता [[डोपिंग (सेमीकंडक्टर)|डोपिंग (अर्धचालक)]] द्वारा अर्धचालक इंटरफ़ेस के भाग के साथ बनाई जाती है जो इलेक्ट्रॉन दाताओं (एन-टाइप डोपिंग) के रूप में कार्य करती है और दूसरा इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता (पी-टाइप डोपिंग) के साथ होती है जिसके परिणामस्वरूप [[पी-एन जंक्शन]] होता है। एह जोड़ी की पीढ़ी के लिए आवश्यक है कि फोटॉनों में पदार्थ के बैंडगैप से अधिक ऊर्जा हो। प्रभावी रूप से बैंडगैप से कम ऊर्जा वाले फोटॉन अवशोषित नहीं होते हैं जबकि जो उच्च हैं वे जल्दी (लगभग 10<sup>−13</sup> सेकेंड के अंदर) आउटपुट को कम करते हुए बैंड के किनारों तक थर्मलाइज़ करता है पूर्व सीमा वर्तमान (विद्युत्) को कम करती है जबकि थर्मलकरण [[वोल्टेज]] को कम करता है। परिणाम स्वरुप अर्धचालक कोशिकाओं को वोल्टेज और धारा के बीच व्यापार-बंद का सामना करना पड़ता है (जो कि कई जंक्शन कार्यान्वयनों का उपयोग करके आंशिक रूप से कम किया जा सकता है)। शॉक्ली-क्विज़र सीमा दर्शाती है कि यदि कोई सौर सेल के लिए 1.34 ईवी के आदर्श बैंडगैप के साथ एकल पदार्थ का उपयोग करता है तो यह दक्षता 33% से अधिक नहीं हो सकती है।<ref>{{cite journal|last1=Shockley|first1=William|last2=Queisser|first2=Hans J.|title=पी-एन जंक्शन सौर सेल की दक्षता की विस्तृत शेष सीमा|journal=Journal of Applied Physics|volume=32|issue=3|page=510|year=1961|doi=10.1063/1.1736034|bibcode = 1961JAP....32..510S }}</ref>
एक आदर्श सिंगल-जंक्शन सेल का बैंड गैप (1.34 eV) सिलिकॉन (1.1 eV) के करीब है, जो कई कारणों में से एक है कि सिलिकॉन बाजार पर हावी है। हालांकि, सिलिकॉन की दक्षता लगभग 30% तक सीमित है (शॉक्ले-क्विसर सीमा)। अलग-अलग बैंडगैप के साथ लंबवत स्टैकिंग कोशिकाओं द्वारा एकल-जंक्शन सेल में सुधार करना संभव है - जिसे टेंडेम या मल्टी-जंक्शन दृष्टिकोण कहा जाता है। इसी विश्लेषण से पता चलता है कि दो परत वाले सेल में एक परत 1.64 eV और दूसरी 0.94 eV पर ट्यून की जानी चाहिए, जिससे 44% का सैद्धांतिक प्रदर्शन मिलता है। 48% की दक्षता के साथ एक तीन-परत सेल को 1.83, 1.16 और 0.71 eV पर ट्यून किया जाना चाहिए। एक इन्फिनिटी-लेयर सेल में 86% की सैद्धांतिक दक्षता होगी, बाकी के लिए अन्य थर्मोडायनामिक हानि तंत्रों के साथ।<ref>{{cite journal|last1=Brown|first1=A|last2=Green|first2=M|title=श्रृंखला के लिए विस्तृत शेष सीमा दो टर्मिनल अग्रानुक्रम सौर सेल को बाधित करती है|journal=Physica E|volume=14|issue=1–2|pages=96–100|year=2002|doi=10.1016/S1386-9477(02)00364-8|bibcode = 2002PhyE...14...96B }}</ref>
 
बैंडगैप ट्यूनेबिलिटी की कमी के कारण पारंपरिक (क्रिस्टलीय) सिलिकॉन तैयार करने के तरीके इस दृष्टिकोण के लिए खुद को उधार नहीं देते हैं। [[अनाकार सिलिकॉन]] की पतली-फिल्में, जो क्रिस्टल गति संरक्षण में एक आराम की आवश्यकता के कारण सीधे बैंडगैप और कार्बन के इंटरमिक्सिंग को प्राप्त कर सकती हैं, बैंडगैप को ट्यून कर सकती हैं, लेकिन अन्य मुद्दों ने इन्हें पारंपरिक कोशिकाओं के प्रदर्शन से मेल खाने से रोक दिया है।<ref>Uni-Solar holds the record using a three-layer a-Si cell, with 14.9% initial production, but falling to 13% over a short time. See Yang et al., [https://web.archive.org/web/20110722125854/http://apl.aip.org/resource/1/applab/v70/i22/p2975_s1?isAuthorized=no "Triple-junction amorphous silicon alloy solar cell with 14.6% initial and 13.0% stable conversion efficiencies"], ''Applied Physics Letters'', 1997</ref> अधिकांश अग्रानुक्रम-कोशिका संरचनाएं उच्च प्रदर्शन वाले अर्धचालकों पर आधारित होती हैं, विशेष रूप से [[इंडियम गैलियम आर्सेनाइड]] (InGaAs)। तीन-परत InGaAs/GaAs/InGaP कोशिकाएं (बैंडगैप 0.94/1.42/1.89 eV) प्रायोगिक उदाहरणों के लिए 42.3% का दक्षता रिकॉर्ड रखती हैं।<ref>{{cite web|author=SPIE Europe Ltd |url=http://optics.org/news/1/5/5 |title=Spire pushes solar cell record to 42.3% |publisher=Optics.org |access-date=2014-06-22}}</ref>
एक आदर्श सिंगल-जंक्शन सेल का बैंड गैप (1.34 eV) सिलिकॉन (1.1 eV) के समीप है जो कई कारणों में से एक है कि सिलिकॉन बाजार पर प्रभुत्व है। चूँकि सिलिकॉन की दक्षता लगभग 30% तक सीमित है (शॉक्ले-क्विसर सीमा) अलग-अलग बैंडगैप के साथ लंबवत स्टैकिंग कोशिकाओं द्वारा एकल-जंक्शन सेल में सुधार करना संभव है - जिसे "टेंडेम" या "बहु -जंक्शन" दृष्टिकोण कहा जाता है। इसी विश्लेषण से पता चलता है कि दो परत वाले सेल में एक परत 1.64 eV और दूसरी 0.94 eV पर ट्यून की जानी चाहिए, जिससे 44% का सैद्धांतिक प्रदर्शन मिलता है। 48% की दक्षता के साथ एक तीन-परत सेल को 1.83, 1.16 और 0.71 eV पर ट्यून किया जाना चाहिए। एक "इन्फिनिटी-लेयर" सेल में 86% की सैद्धांतिक दक्षता होगी शेष के लिए अन्य थर्मोडायनामिक हानि तंत्रों के साथ है।<ref>{{cite journal|last1=Brown|first1=A|last2=Green|first2=M|title=श्रृंखला के लिए विस्तृत शेष सीमा दो टर्मिनल अग्रानुक्रम सौर सेल को बाधित करती है|journal=Physica E|volume=14|issue=1–2|pages=96–100|year=2002|doi=10.1016/S1386-9477(02)00364-8|bibcode = 2002PhyE...14...96B }}</ref>
हालांकि, QDSCs कमजोर अवशोषण से ग्रस्त हैं और कमरे के तापमान पर प्रकाश अवशोषण का योगदान मामूली है। बहुशाखा वाले एयू नैनोस्टार्स का उपयोग करके इसे संबोधित किया जा सकता है।<ref>{{Cite journal|last1=Wu|first1=Jiang|last2=Yu|first2=Peng|last3=Susha|first3=Andrei S.|last4=Sablon|first4=Kimberly A.|last5=Chen|first5=Haiyuan|last6=Zhou|first6=Zhihua|last7=Li|first7=Handong|last8=Ji|first8=Haining|last9=Niu|first9=Xiaobin|date=2015-04-01|title=क्वांटम डॉट सौर कोशिकाओं में ब्रॉडबैंड दक्षता वृद्धि मल्टीस्पिक्ड प्लास्मोनिक नैनोस्टार के साथ मिलकर|journal=Nano Energy|volume=13|pages=827–835|doi=10.1016/j.nanoen.2015.02.012|s2cid=98282021 }}</ref>


बैंडगैप ट्यूनेबिलिटी की कमी के कारण पारंपरिक (क्रिस्टलीय) सिलिकॉन तैयार करने के विधि इस दृष्टिकोण के लिए खुद को उधार नहीं देते हैं। [[अनाकार सिलिकॉन]] की पतली-फिल्में जो क्रिस्टल गति संरक्षण में आराम की आवश्यकता के कारण सीधे बैंडगैप और कार्बन के इंटरमिक्सिंग को प्राप्त कर सकती हैं बैंडगैप को ट्यून कर सकती हैं किंतु अन्य उद्देश्यों ने इन्हें पारंपरिक कोशिकाओं के प्रदर्शन से मेल खाने से रोक दिया है।<ref>Uni-Solar holds the record using a three-layer a-Si cell, with 14.9% initial production, but falling to 13% over a short time. See Yang et al., [https://web.archive.org/web/20110722125854/http://apl.aip.org/resource/1/applab/v70/i22/p2975_s1?isAuthorized=no "Triple-junction amorphous silicon alloy solar cell with 14.6% initial and 13.0% stable conversion efficiencies"], ''Applied Physics Letters'', 1997</ref> अधिकांश अग्रानुक्रम-कोशिका संरचनाएं उच्च प्रदर्शन वाले अर्धचालकों पर आधारित होती हैं विशेष रूप से [[इंडियम गैलियम आर्सेनाइड]] (आईएनजीएएएस) तीन-परत इनगैस/गाअस/आईएनजीएपी कोशिकाएं (बैंडगैप 0.94/1.42/1.89 eV) प्रायोगिक उदाहरणों के लिए 42.3% का दक्षता सूची रखती हैं।<ref>{{cite web|author=SPIE Europe Ltd |url=http://optics.org/news/1/5/5 |title=Spire pushes solar cell record to 42.3% |publisher=Optics.org |access-date=2014-06-22}}</ref>


चूँकि क्यूडीएससी अशक्त अवशोषण से ग्रस्त हैं और कमरे के तापमान पर प्रकाश अवशोषण का योगदान सामान्य है। बहुशाखा वाले एयू नैनोस्टार्स का उपयोग करके इसे संबोधित किया जा सकता है।<ref>{{Cite journal|last1=Wu|first1=Jiang|last2=Yu|first2=Peng|last3=Susha|first3=Andrei S.|last4=Sablon|first4=Kimberly A.|last5=Chen|first5=Haiyuan|last6=Zhou|first6=Zhihua|last7=Li|first7=Handong|last8=Ji|first8=Haining|last9=Niu|first9=Xiaobin|date=2015-04-01|title=क्वांटम डॉट सौर कोशिकाओं में ब्रॉडबैंड दक्षता वृद्धि मल्टीस्पिक्ड प्लास्मोनिक नैनोस्टार के साथ मिलकर|journal=Nano Energy|volume=13|pages=827–835|doi=10.1016/j.nanoen.2015.02.012|s2cid=98282021 }}</ref>
=== क्वांटम डॉट्स ===
=== क्वांटम डॉट्स ===


क्वांटम डॉट्स अर्धचालक कण हैं जो एक्सिटॉन [[बोह्र त्रिज्या]] के आकार से कम हो गए हैं और [[क्वांटम यांत्रिकी]] के विचारों के कारण, इलेक्ट्रॉन ऊर्जा जो उनके भीतर मौजूद हो सकती है, एक परमाणु में बहुत समान ऊर्जा बन जाती है। क्वांटम डॉट्स को कृत्रिम परमाणु कहा जाता है। ये ऊर्जा स्तर अपने आकार को बदलकर ट्यून करने योग्य होते हैं, जो बदले में बैंडगैप को परिभाषित करता है। बिंदुओं को कई आकारों में उगाया जा सकता है, जिससे वे अंतर्निहित सामग्री या निर्माण तकनीकों को बदले बिना विभिन्न प्रकार के बैंडगैप व्यक्त कर सकते हैं।<ref>{{cite journal|last1=Baskoutas|first1=Sotirios|last2=Terzis|first2=Andreas F.|title=कोलाइडल क्वांटम डॉट्स का आकार-निर्भर बैंड गैप|journal=Journal of Applied Physics|volume=99|issue=1|pages=013708–013708–4|year=2006|doi=10.1063/1.2158502|bibcode = 2006JAP....99a3708B }}</ref> ठेठ गीले रसायन शास्त्र की तैयारी में, संश्लेषण अवधि या तापमान को बदलकर ट्यूनिंग पूरा किया जाता है।
क्वांटम डॉट्स अर्धचालक कण हैं जो एक्सिटॉन [[बोह्र त्रिज्या]] के आकार से कम हो गए हैं और [[क्वांटम यांत्रिकी]] के विचारों के कारण इलेक्ट्रॉन ऊर्जा जो उनके सामान्य उपस्थित हो सकती परमाणु में बहुत समान ऊर्जा बन जाती है। क्वांटम डॉट्स को कृत्रिम परमाणु कहा जाता है। ये ऊर्जा स्तर अपने आकार को बदलकर ट्यून करने योग्य होते हैं जो बदले में बैंडगैप को परिभाषित करता है। बिंदुओं को कई आकारों में उगाया जा सकता है जिससे वे अंतर्निहित पदार्थ या निर्माण विधियों को बदले बिना विभिन्न प्रकार के बैंडगैप व्यक्त कर सकते हैं।<ref>{{cite journal|last1=Baskoutas|first1=Sotirios|last2=Terzis|first2=Andreas F.|title=कोलाइडल क्वांटम डॉट्स का आकार-निर्भर बैंड गैप|journal=Journal of Applied Physics|volume=99|issue=1|pages=013708–013708–4|year=2006|doi=10.1063/1.2158502|bibcode = 2006JAP....99a3708B }}</ref> विशिष्ट गीले रसायन शास्त्र की तैयारी में संश्लेषण अवधि या तापमान को बदलकर ट्यूनिंग पूरा किया जाता है।
 
बैंडगैप को ट्यून करने की क्षमता क्वांटम डॉट्स को सौर कोशिकाओं के लिए वांछनीय बनाती है। सूर्य के फोटॉन वितरण स्पेक्ट्रम के लिए शॉक्ले-क्विसर सीमा इंगित करती है कि अधिकतम सौर रूपांतरण दक्षता 1.34 eV के बैंड गैप वाली पदार्थ में होती है। चूँकि कम बैंड अंतराल वाली पदार्थ कम ऊर्जा फोटॉनों (और इसके विपरीत) से विद्युत् उत्पन्न करने के लिए उत्तम अनुकूल होगी। लीड (II[[लीड (द्वितीय) सल्फाइड]] (पीबीएस) कोलाइडल क्वांटम डॉट्स (सीक्यूडी) का उपयोग करने वाले एकल जंक्शन कार्यान्वयन में बैंडगैप होते हैं जिन्हें दूर अवरक्त में ट्यून किया जा सकता है, जो सामान्यतः पारंपरिक सौर कोशिकाओं के साथ प्राप्त करना कठिन होता है। पृथ्वी पर पहुंचने वाली सौर ऊर्जा का आधा भाग इन्फ्रारेड में होता है अधिकांश इन्फ्रारेड क्षेत्र में क्वांटम डॉट सौर सेल इन्फ्रारेड ऊर्जा को किसी अन्य के रूप में सुलभ बनाता है।<ref>{{cite journal|last1=H. Sargent|first1=E.|title=इन्फ्रारेड क्वांटम डॉट्स|url=http://nathan.instras.com/ResearchProposalDB/doc-188.pdf|journal=Advanced Materials|volume=17|issue=5|pages=515–522|year=2005|doi=10.1002/adma.200401552|bibcode=2005AdM....17..515H |s2cid=247707535 }}</ref>


बैंडगैप को ट्यून करने की क्षमता क्वांटम डॉट्स को सौर कोशिकाओं के लिए वांछनीय बनाती है। सूर्य के फोटॉन वितरण स्पेक्ट्रम के लिए, शॉक्ले-क्विसर सीमा इंगित करती है कि अधिकतम सौर रूपांतरण दक्षता 1.34 eV के बैंड गैप वाली सामग्री में होती है। हालांकि, कम बैंड अंतराल वाली सामग्री कम ऊर्जा फोटॉनों (और इसके विपरीत) से बिजली उत्पन्न करने के लिए बेहतर अनुकूल होगी। लीड (II[[लीड (द्वितीय) सल्फाइड]] (PbS) कोलाइडल क्वांटम डॉट्स (CQD) का उपयोग करने वाले एकल जंक्शन कार्यान्वयन में बैंडगैप होते हैं जिन्हें दूर अवरक्त में ट्यून किया जा सकता है, जो आमतौर पर पारंपरिक सौर कोशिकाओं के साथ प्राप्त करना मुश्किल होता है। पृथ्वी पर पहुंचने वाली सौर ऊर्जा का आधा हिस्सा इन्फ्रारेड में होता है, अधिकांश इन्फ्रारेड क्षेत्र में। एक क्वांटम डॉट सौर सेल इन्फ्रारेड ऊर्जा को किसी अन्य के रूप में सुलभ बनाता है।<ref>{{cite journal|last1=H. Sargent|first1=E.|title=इन्फ्रारेड क्वांटम डॉट्स|url=http://nathan.instras.com/ResearchProposalDB/doc-188.pdf|journal=Advanced Materials|volume=17|issue=5|pages=515–522|year=2005|doi=10.1002/adma.200401552|bibcode=2005AdM....17..515H |s2cid=247707535 }}</ref>
इसके अतिरिक्त सीक्यूडी आसान संश्लेषण और तैयारी प्रदान करता है। कोलाइडयन तरल रूप में निलंबित होने पर उन्हें पूरे उत्पादन में आसानी से संभाला जा सकता है जिसमें सबसे जटिल उपकरण की आवश्यकता होती है। सीक्यूडी को सामान्यतः छोटे बैचों में संश्लेषित किया जाता है किंतु इसे बड़े मापदंड पर उत्पादित किया जा सकता है। डॉट्स को सब्सट्रेट पर [[स्पिन कोटिंग]] द्वारा वितरित किया जा सकता है या तो हाथ से या स्वचालित प्रक्रिया में बड़े मापदंड पर उत्पादन स्प्रे-ऑन या रोल-प्रिंटिंग प्रणाली का उपयोग कर सकता है नाटकीय रूप से मॉड्यूल निर्माण निवेश को कम कर सकता है।
इसके अलावा, CQD आसान संश्लेषण और तैयारी प्रदान करता है। कोलाइडयन तरल रूप में निलंबित होने पर उन्हें पूरे उत्पादन में आसानी से संभाला जा सकता है, जिसमें सबसे जटिल उपकरण की आवश्यकता होती है। CQD को आमतौर पर छोटे बैचों में संश्लेषित किया जाता है, लेकिन इसे बड़े पैमाने पर उत्पादित किया जा सकता है। डॉट्स को एक सब्सट्रेट पर [[स्पिन कोटिंग]] द्वारा वितरित किया जा सकता है, या तो हाथ से या स्वचालित प्रक्रिया में। बड़े पैमाने पर उत्पादन स्प्रे-ऑन या रोल-प्रिंटिंग सिस्टम का उपयोग कर सकता है, नाटकीय रूप से मॉड्यूल निर्माण लागत को कम कर सकता है।


== उत्पादन ==
== उत्पादन ==


शुरुआती उदाहरणों में महंगे [[आणविक बीम एपिटॉक्सी]] प्रक्रियाओं का इस्तेमाल किया गया। हालांकि, जाली बेमेल के परिणामस्वरूप तनाव का संचय होता है और इस प्रकार दोषों की उत्पत्ति होती है, जो स्टैक्ड परतों की संख्या को सीमित करती है। ड्रॉपलेट एपिटॉक्सी ग्रोथ तकनीक तनाव मुक्त QDs के निर्माण पर इसके फायदे दिखाती है।<ref>{{Cite journal|last1=Yu|first1=Peng|last2=Wu|first2=Jiang|last3=Gao|first3=Lei|last4=Liu|first4=Huiyun|last5=Wang|first5=Zhiming|date=2017-03-01|title=InGaAs और GaAs क्वांटम डॉट सोलर सेल ड्रॉपलेट एपिटॉक्सी द्वारा उगाए गए|journal=Solar Energy Materials and Solar Cells|volume=161|pages=377–381|doi=10.1016/j.solmat.2016.12.024|url=http://discovery.ucl.ac.uk/1539114/1/Accepted%20QDSC%20droplet%20epitaxy.pdf}}</ref> वैकल्पिक रूप से, कम खर्चीली निर्माण विधियों को बाद में विकसित किया गया। ये गीले रसायन (सीक्यूडी के लिए) और बाद के समाधान प्रसंस्करण का उपयोग करते हैं। केंद्रित नैनोपार्टिकल समाधान लंबे [[हाइड्रोकार्बन]] [[लिगेंड]] द्वारा स्थिर होते हैं जो समाधान में [[ nanocrystal ]] को निलंबित रखते हैं।
प्रारंभिक उदाहरणों में मूल्यवान [[आणविक बीम एपिटॉक्सी]] प्रक्रियाओं का उपयोग किया गया। चूँकि जाली बेमेल के परिणामस्वरूप तनाव का संचय होता है और इस प्रकार दोषों की उत्पत्ति होती है जो स्टैक्ड परतों की संख्या को सीमित करती है। ड्रॉपलेट एपिटॉक्सी ग्रोथ विधि तनाव मुक्त क्यूडी एस के निर्माण पर इसके लाभ दिखाती है।<ref>{{Cite journal|last1=Yu|first1=Peng|last2=Wu|first2=Jiang|last3=Gao|first3=Lei|last4=Liu|first4=Huiyun|last5=Wang|first5=Zhiming|date=2017-03-01|title=InGaAs और GaAs क्वांटम डॉट सोलर सेल ड्रॉपलेट एपिटॉक्सी द्वारा उगाए गए|journal=Solar Energy Materials and Solar Cells|volume=161|pages=377–381|doi=10.1016/j.solmat.2016.12.024|url=http://discovery.ucl.ac.uk/1539114/1/Accepted%20QDSC%20droplet%20epitaxy.pdf}}</ref> वैकल्पिक रूप से कम मूल्यवान निर्माण विधियों को बाद में विकसित किया गया। ये गीले रसायन (सीक्यूडी के लिए) और बाद के समाधान प्रसंस्करण का उपयोग करते हैं। केंद्रित नैनोपार्टिकल समाधान लंबे [[हाइड्रोकार्बन]] [[लिगेंड]] द्वारा स्थिर होते हैं जो समाधान में [[ nanocrystal |नैनोक्रिस्टल]] को निलंबित रखते हैं।


ठोस बनाने के लिए इन विलयनों को नीचे गिराया जाता है{{clarify|reason = what does cast down mean?|date = June 2014}} और लंबे समय तक स्थिर करने वाले लिगेंड को शॉर्ट-चेन क्रॉसलिंकर्स से बदल दिया जाता है। रासायनिक इंजीनियरिंग से नैनोक्रिस्टल सतह नैनोक्रिस्टल को बेहतर ढंग से निष्क्रिय कर सकती है और हानिकारक ट्रैप स्टेट्स को कम कर सकती है जो वाहक पुनर्संयोजन के माध्यम से डिवाइस के प्रदर्शन को कम कर देगा।{{clarify|date = June 2014}} यह दृष्टिकोण 7.0% की दक्षता पैदा करता है।<ref name="hybrid">{{cite journal|last1=Ip|first1=Alexander H.|last2=Thon|first2=Susanna M.|last3=Hoogland|first3=Sjoerd|last4=Voznyy|first4=Oleksandr|last5=Zhitomirsky|first5=David|last6=Debnath|first6=Ratan|last7=Levina|first7=Larissa|last8=Rollny|first8=Lisa R.|last9=Carey|first9=Graham H.|last10=Fischer|first10=Armin|last11=Kemp|first11=Kyle W.|last12=Kramer|first12=Illan J.|last13=Ning|first13=Zhijun|last14=Labelle|first14=André J.|last15=Chou|first15=Kang Wei|last16=Amassian|first16=Aram|last17=Sargent|first17=Edward H.|title=हाइब्रिड निष्क्रिय कोलाइडयन क्वांटम डॉट ठोस|journal=Nature Nanotechnology|volume=7|issue=9|pages=577–582|year=2012|doi=10.1038/nnano.2012.127|pmid=22842552|bibcode = 2012NatNa...7..577I |citeseerx=10.1.1.259.9381}}</ref>
ठोस बनाने के लिए इन विलयनों को नीचे गिराया जाता है और लंबे समय तक स्थिर करने वाले लिगेंड को शॉर्ट-चेन क्रॉसलिंकर्स से बदल दिया जाता है। रासायनिक इंजीनियरिंग से नैनोक्रिस्टल सतह नैनोक्रिस्टल को उत्तम विधि से निष्क्रिय कर सकती है और हानिकारक ट्रैप अवस्था को कम कर सकती है जो वाहक पुनर्संयोजन के माध्यम से उपकरण के प्रदर्शन को कम कर देगा। यह दृष्टिकोण 7.0% की दक्षता उत्पन्न करता है।<ref name="hybrid">{{cite journal|last1=Ip|first1=Alexander H.|last2=Thon|first2=Susanna M.|last3=Hoogland|first3=Sjoerd|last4=Voznyy|first4=Oleksandr|last5=Zhitomirsky|first5=David|last6=Debnath|first6=Ratan|last7=Levina|first7=Larissa|last8=Rollny|first8=Lisa R.|last9=Carey|first9=Graham H.|last10=Fischer|first10=Armin|last11=Kemp|first11=Kyle W.|last12=Kramer|first12=Illan J.|last13=Ning|first13=Zhijun|last14=Labelle|first14=André J.|last15=Chou|first15=Kang Wei|last16=Amassian|first16=Aram|last17=Sargent|first17=Edward H.|title=हाइब्रिड निष्क्रिय कोलाइडयन क्वांटम डॉट ठोस|journal=Nature Nanotechnology|volume=7|issue=9|pages=577–582|year=2012|doi=10.1038/nnano.2012.127|pmid=22842552|bibcode = 2012NatNa...7..577I |citeseerx=10.1.1.259.9381}}</ref>
एक और हालिया अध्ययन ने प्रदर्शन को 8.6% तक सुधारने के लिए उनके सापेक्ष बैंड संरेखण को ट्यून करके विभिन्न कार्यों के लिए अलग-अलग लिगेंड का उपयोग किया।<ref name="MITNatMater2014">{{cite journal|last1=Chuang|first1=Chia-Hao M.|last2=Brown|first2=Patrick R.|last3=Bulović|first3=Vladimir|last4=Bawendi|first4=Moungi G.|title=बैंड एलाइनमेंट इंजीनियरिंग के माध्यम से क्वांटम डॉट सोलर सेल में बेहतर प्रदर्शन और स्थिरता|journal=Nature Materials|volume=13|issue=8|pages=796–801|doi=10.1038/nmat3984|pmid=24859641|year=2014|pmc=4110173|bibcode=2014NatMa..13..796C}}</ref> कोशिकाओं को कमरे के तापमान पर हवा में घोल-संसाधित किया गया और बिना एनकैप्सुलेशन के 150 दिनों से अधिक समय तक वायु-स्थिरता प्रदर्शित की गई।
 
2014 में [[ योडिद ]] का उपयोग एक लिगैंड के रूप में किया गया था जो ऑक्सीजन से बंधता नहीं है। यह स्थिर एन- और पी-टाइप परतों को बनाए रखता है, अवशोषण दक्षता को बढ़ाता है, जिससे 8% तक बिजली रूपांतरण दक्षता उत्पन्न होती है।<ref>{{cite web|first=Marit |last=Mitchell|url=http://www.rdmag.com/news/2014/06/new-nanoparticles-bring-cheaper-lighter-solar-cells-outdoors |title=नए नैनोकण सस्ते, हल्के सौर सेल बाहर लाते हैं|publisher=Rdmag.com |date=2014-06-09 |access-date=2014-08-24}}</ref>


एक और आधुनिक अध्ययन ने प्रदर्शन को 8.6% तक सुधारने के लिए उनके सापेक्ष बैंड संरेखण को ट्यून करके विभिन्न कार्यों के लिए अलग-अलग लिगेंड का उपयोग किया।<ref name="MITNatMater2014">{{cite journal|last1=Chuang|first1=Chia-Hao M.|last2=Brown|first2=Patrick R.|last3=Bulović|first3=Vladimir|last4=Bawendi|first4=Moungi G.|title=बैंड एलाइनमेंट इंजीनियरिंग के माध्यम से क्वांटम डॉट सोलर सेल में बेहतर प्रदर्शन और स्थिरता|journal=Nature Materials|volume=13|issue=8|pages=796–801|doi=10.1038/nmat3984|pmid=24859641|year=2014|pmc=4110173|bibcode=2014NatMa..13..796C}}</ref> कोशिकाओं को कमरे के तापमान पर हवा में घोल-संसाधित किया गया और बिना एनकैप्सुलेशन के 150 दिनों से अधिक समय तक वायु-स्थिरता प्रदर्शित की गई।


2014 में [[ योडिद |योडिद]] का उपयोग लिगैंड के रूप में किया गया था जो ऑक्सीजन से बंधता नहीं है। यह स्थिर एन- और पी-टाइप परतों को बनाए रखता है, अवशोषण दक्षता को बढ़ाता है जिससे 8% तक विद्युत् रूपांतरण दक्षता उत्पन्न होती है।<ref>{{cite web|first=Marit |last=Mitchell|url=http://www.rdmag.com/news/2014/06/new-nanoparticles-bring-cheaper-lighter-solar-cells-outdoors |title=नए नैनोकण सस्ते, हल्के सौर सेल बाहर लाते हैं|publisher=Rdmag.com |date=2014-06-09 |access-date=2014-08-24}}</ref>
== इतिहास ==
== इतिहास ==


क्वांटम डॉट्स को उच्च दक्षता के मार्ग के रूप में उपयोग करने का विचार पहली बार 1989 में बर्नहैम और डुग्गन द्वारा नोट किया गया था।<ref>{{cite journal|last1=Barnham|first1=K. W. J.|last2=Duggan|first2=G.|title=उच्च दक्षता वाले मल्टी-बैंड-गैप सोलर सेल के लिए एक नया दृष्टिकोण|journal=Journal of Applied Physics|volume=67|issue=7|page=3490|year=1990|doi=10.1063/1.345339|bibcode = 1990JAP....67.3490B }}</ref> उस समय, क्वांटम डॉट्स, या कुओं का विज्ञान, जैसा कि वे जानते थे, अपनी प्रारंभिक अवस्था में था और शुरुआती उदाहरण अभी उपलब्ध हो रहे थे।
क्वांटम डॉट्स को उच्च दक्षता के मार्ग के रूप में उपयोग करने का विचार पहली बार 1989 में बर्नहैम और डुग्गन द्वारा नोट किया गया था।<ref>{{cite journal|last1=Barnham|first1=K. W. J.|last2=Duggan|first2=G.|title=उच्च दक्षता वाले मल्टी-बैंड-गैप सोलर सेल के लिए एक नया दृष्टिकोण|journal=Journal of Applied Physics|volume=67|issue=7|page=3490|year=1990|doi=10.1063/1.345339|bibcode = 1990JAP....67.3490B }}</ref> उस समय क्वांटम डॉट्स या "वेल्स" का विज्ञान अपनी प्रारंभिक अवस्था में था और प्रारंभिक उदाहरण अभी उपलब्ध हो रहे थे।


=== डीएसएससी प्रयास ===
=== डीएसएससी प्रयास ===


एक अन्य आधुनिक सेल डिज़ाइन [[डाई-संवेदीकृत सौर सेल]] या DSSC है। डीएसएससी टाइटेनियम डाइऑक्साइड की स्पंज जैसी परत का उपयोग करते हैं{{chem|TiO|2}} अर्धचालक वाल्व के साथ-साथ एक यांत्रिक समर्थन संरचना के रूप में। निर्माण के दौरान, स्पंज एक कार्बनिक डाई से भर जाता है, आमतौर पर रूथेनियम-पॉलीपीरिडीन, जो फोटोएक्सिटेशन पर टाइटेनियम डाइऑक्साइड में इलेक्ट्रॉनों को इंजेक्ट करता है।<ref>{{cite journal
एक अन्य आधुनिक सेल डिज़ाइन डाई-सेंसिटाइज़्ड सोलर सेल या डीएसएससी है। डीएसएससी अर्धचालक वाल्व के साथ-साथ एक यांत्रिक समर्थन संरचना के रूप में {{chem|TiO|2}} की स्पंज जैसी परत का उपयोग करते हैं। निर्माण के समय स्पंज को एक कार्बनिक डाई से भर दिया जाता है, विशेष रूप से रूथेनियम-पॉलीपीरिडीन, जो फोटोएक्सिटेशन पर टाइटेनियम डाइऑक्साइड में इलेक्ट्रॉनों को इंजेक्ट करता है।<ref>{{cite journal
| author = B. O’Regan and M. Gratzel|title = A low-cost, high efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO<sub>2</sub> films|journal = Nature|issue = 6346|year = 1991|pages = 737–740|doi = 10.1038/353737a0|volume = 353|bibcode=1991Natur.353..737O| s2cid=4340159 }}</ref> यह डाई अपेक्षाकृत महंगी है, और रूथेनियम एक दुर्लभ धातु है।<ref name="Emsley2011">{{cite book|last1=Emsley|first1=John|title=Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements|url={{google books |plainurl=y |id=4BAg769RfKoC |p=368}}|date=25 August 2011|publisher=Oxford University Press|isbn=978-0-19-960563-7 |pages=368–370}}</ref>
| author = B. O’Regan and M. Gratzel|title = A low-cost, high efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO<sub>2</sub> films|journal = Nature|issue = 6346|year = 1991|pages = 737–740|doi = 10.1038/353737a0|volume = 353|bibcode=1991Natur.353..737O| s2cid=4340159 }}</ref> डाई अपेक्षाकृत मूल्यवान है और रूथेनियम एक दुर्लभ धातु है। <ref name="Emsley2011">{{cite book|last1=Emsley|first1=John|title=Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements|url={{google books |plainurl=y |id=4BAg769RfKoC |p=368}}|date=25 August 2011|publisher=Oxford University Press|isbn=978-0-19-960563-7 |pages=368–370}}</ref>
डीएसएससी अनुसंधान के शुरुआती दिनों से आणविक रंगों के विकल्प के रूप में क्वांटम डॉट्स का उपयोग करने पर विचार किया गया था। बैंडगैप को ट्यून करने की क्षमता ने डिजाइनर को सेल के अन्य भागों के लिए व्यापक प्रकार की सामग्री का चयन करने की अनुमति दी। टोरंटो विश्वविद्यालय और École Polytechnique Fédérale de Lausanne के सहयोगी समूहों ने क्वांटम डॉट्स की एक फिल्म के साथ सीधे संपर्क में एक रियर इलेक्ट्रोड के आधार पर एक डिज़ाइन विकसित किया, इलेक्ट्रोलाइट को नष्ट कर दिया और एक ख़राब विषमता का निर्माण किया। ये सेल 7.0% दक्षता तक पहुँचे, जो सर्वोत्तम ठोस-अवस्था DSSC उपकरणों से बेहतर है, लेकिन तरल इलेक्ट्रोलाइट्स पर आधारित उन से कम है।<ref name="hybrid"/>




=== मल्टी-जंक्शन ===
डीएसएससी अनुसंधान के प्रारंभिक दिनों से आणविक रंगों के विकल्प के रूप में क्वांटम डॉट्स का उपयोग करने पर विचार किया गया था। बैंडगैप को ट्यून करने की क्षमता ने डिजाइनर को सेल के अन्य भागों के लिए व्यापक प्रकार की पदार्थ का चयन करने की अनुमति दी। टोरंटो विश्वविद्यालय और इकोले पॉलीटेक्निक फेडेरेल डी लॉज़ेन के सहयोगी समूहों ने क्वांटम डॉट्स की फिल्म के साथ सीधे संपर्क में रियर इलेक्ट्रोड के आधार पर डिज़ाइन विकसित किया इलेक्ट्रोलाइट को नष्ट कर दिया और ख़राब विषमता का निर्माण किया। ये सेल 7.0% दक्षता तक पहुँचे जो सर्वोत्तम ठोस-अवस्था डीएसएससी उपकरणों से उत्तम है किंतु तरल इलेक्ट्रोलाइट्स पर आधारित उन से कम है।<ref name="hybrid" />
=== बहु -जंक्शन ===


परंपरागत रूप से, मल्टी-जंक्शन सोलर सेल कई सेमीकंडक्टर सामग्रियों के संग्रह से बनाए जाते हैं। क्योंकि प्रत्येक सामग्री का एक अलग बैंड गैप होता है, प्रत्येक सामग्री का p-n जंक्शन प्रकाश की एक अलग आने वाली तरंग दैर्ध्य के लिए अनुकूलित किया जाएगा। कई सामग्रियों का उपयोग तरंग दैर्ध्य की एक विस्तृत श्रृंखला के अवशोषण को सक्षम बनाता है, जिससे सेल की विद्युत रूपांतरण दक्षता बढ़ जाती है।
परंपरागत रूप से, बहु -जंक्शन सोलर सेल कई अर्धचालक सामग्रियों के संग्रह से बनाए जाते हैं। क्योंकि प्रत्येक पदार्थ का अलग बैंड गैप होता है प्रत्येक पदार्थ का p-n जंक्शन प्रकाश की अलग आने वाली तरंग दैर्ध्य के लिए अनुकूलित किया जाएगा। कई सामग्रियों का उपयोग तरंग दैर्ध्य की विस्तृत श्रृंखला के अवशोषण को सक्षम बनाता है, जिससे सेल की विद्युत रूपांतरण दक्षता बढ़ जाती है।


हालाँकि, कई सामग्रियों का उपयोग बहु-जंक्शन सौर कोशिकाओं को कई व्यावसायिक उपयोगों के लिए बहुत महंगा बनाता है।<ref>Semonin, O. E., Luther, J. M., & Beard, M. C. (2012). Quantum dots for next-generation photovoltaics.  Materials Today,15 (11), 508-515. doi:10.1016/s1369-7021(12)70220-1</ref> क्योंकि क्वांटम डॉट्स के बैंड गैप को कण त्रिज्या को समायोजित करके ट्यून किया जा सकता है, मल्टी-जंक्शन सेल को विभिन्न आकारों (और इसलिए अलग बैंड गैप) के क्वांटम डॉट सेमीकंडक्टर्स को शामिल करके निर्मित किया जा सकता है। समान सामग्री का उपयोग करने से निर्माण लागत कम होती है,<ref>Kerestes, C., Polly, S., Forbes, D., Bailey, C., Podell, A., Spann, J., . . . Hubbard, S. (2013). Fabrication and analysis of multijunction solar cells with a quantum dot (In)GaAs junction.  Progress in Photovoltaics: Research and Applications,22 (11), 1172-1179. doi:10.1002/pip.2378</ref> और शॉर्ट-सर्किट करंट और समग्र सेल दक्षता बढ़ाने के लिए क्वांटम डॉट्स के वर्धित अवशोषण स्पेक्ट्रम का उपयोग किया जा सकता है।
चूँकि कई सामग्रियों का उपयोग बहु-जंक्शन सौर कोशिकाओं को कई व्यावसायिक उपयोगों के लिए बहुत मूल्यवान बनाता है।<ref>Semonin, O. E., Luther, J. M., & Beard, M. C. (2012). Quantum dots for next-generation photovoltaics.  Materials Today,15 (11), 508-515. doi:10.1016/s1369-7021(12)70220-1</ref> क्योंकि क्वांटम डॉट्स के बैंड गैप को कण त्रिज्या को समायोजित करके ट्यून किया जा सकता है बहु -जंक्शन सेल को विभिन्न आकारों (और इसलिए अलग बैंड गैप) के क्वांटम डॉट अर्धचालक्स को सम्मिलित करके निर्मित किया जा सकता है। समान पदार्थ का उपयोग करने से निर्माण निवेश कम होती है<ref>Kerestes, C., Polly, S., Forbes, D., Bailey, C., Podell, A., Spann, J., . . . Hubbard, S. (2013). Fabrication and analysis of multijunction solar cells with a quantum dot (In)GaAs junction.  Progress in Photovoltaics: Research and Applications,22 (11), 1172-1179. doi:10.1002/pip.2378</ref> और शॉर्ट-सर्किट धारा और समग्र सेल दक्षता बढ़ाने के लिए क्वांटम डॉट्स के वर्धित अवशोषण स्पेक्ट्रम का उपयोग किया जा सकता है।
 
[[कैडमियम]] टेल्यूराइड (CdTe) का उपयोग उन कोशिकाओं के लिए किया जाता है जो कई आवृत्तियों को अवशोषित करती हैं। इन क्रिस्टलों का एक कोलाइडल निलंबन एक सब्सट्रेट पर स्पिन-कास्ट होता है जैसे कि एक पतली कांच की स्लाइड, एक [[प्रवाहकीय बहुलक]] में पॉटेड। इन कोशिकाओं ने क्वांटम डॉट्स का उपयोग नहीं किया, लेकिन उनके साथ सुविधाओं को साझा किया, जैसे स्पिन-कास्टिंग और पतली फिल्म कंडक्टर का उपयोग। कम उत्पादन पैमाने पर क्वांटम डॉट्स बड़े पैमाने पर उत्पादित नैनोक्रिस्टल की तुलना में अधिक महंगे हैं, लेकिन कैडमियम और [[टेल्यूराइड (रसायन विज्ञान)]] दुर्लभ और अत्यधिक जहरीली धातुएं हैं जो कीमतों में उतार-चढ़ाव के अधीन हैं।
 
द सार्जेंट ग्रुप{{who|date=June 2014}} रिकॉर्ड-दक्षता आईआर सौर कोशिकाओं का उत्पादन करने के लिए [[ अवरक्त ]]-संवेदनशील इलेक्ट्रॉन दाता के रूप में [[ सीसा सल्फाइड ]] का उपयोग किया। स्पिन-कास्टिंग बहुत कम लागत पर अग्रानुक्रम कोशिकाओं के निर्माण की अनुमति दे सकती है। मूल कोशिकाओं ने एक इलेक्ट्रोड के रूप में एक सोने के सब्सट्रेट का इस्तेमाल किया, हालांकि [[निकल]] भी ठीक काम करता है।<ref>[http://www.engineering.utoronto.ca/About/Engineering_in_the_News/08_10_2010d.htm "New Inexpensive Solar Cell Design is Pioneered"] {{webarchive |url=https://web.archive.org/web/20110128075153/http://www.engineering.utoronto.ca/About/Engineering_in_the_News/08_10_2010d.htm |date=January 28, 2011 }}, University of Toronto, 3 August 2010</ref>


[[कैडमियम]] टेल्यूराइड (सीडीटीई) का उपयोग उन कोशिकाओं के लिए किया जाता है जो कई आवृत्तियों को अवशोषित करती हैं। इन क्रिस्टलों का कोलाइडल निलंबन सब्सट्रेट पर स्पिन-कास्ट होता है जैसे कि पतली कांच की स्लाइड [[प्रवाहकीय बहुलक]] में पॉटेड इन कोशिकाओं ने क्वांटम डॉट्स का उपयोग नहीं किया किंतु उनके साथ सुविधाओं को साझा किया जैसे स्पिन-कास्टिंग और पतली फिल्म कंडक्टर का उपयोग कम उत्पादन मापदंड पर क्वांटम डॉट्स बड़े मापदंड पर उत्पादित नैनोक्रिस्टल की तुलना में अधिक मूल्यवान हैं किंतु कैडमियम और [[टेल्यूराइड (रसायन विज्ञान)]] दुर्लभ और अत्यधिक विषाक्त धातुएं हैं जो मूल्य में उतार-चढ़ाव के अधीन हैं।


सार्जेंट ग्रुप ने रिकॉर्ड-दक्षता आईआर सौर कोशिकाओं का उत्पादन करने के लिए इन्फ्रारेड-संवेदनशील इलेक्ट्रॉन दाता के रूप में लीड सल्फाइड का उपयोग किया। स्पिन-कास्टिंग बहुत कम निवेश पर अग्रानुक्रम कोशिकाओं के निर्माण की अनुमति दे सकती है। मूल कोशिकाओं ने इलेक्ट्रोड के रूप में सोने के सब्सट्रेट का उपयोग किया चूँकि [[निकल]] भी काम करता है।<ref>[http://www.engineering.utoronto.ca/About/Engineering_in_the_News/08_10_2010d.htm "New Inexpensive Solar Cell Design is Pioneered"] {{webarchive |url=https://web.archive.org/web/20110128075153/http://www.engineering.utoronto.ca/About/Engineering_in_the_News/08_10_2010d.htm |date=January 28, 2011 }}, University of Toronto, 3 August 2010</ref>
=== हॉट-कैरियर कैप्चर ===
=== हॉट-कैरियर कैप्चर ===


एकल-बैंडगैप सामग्री से उत्सर्जित होने पर दक्षता में सुधार करने का एक अन्य तरीका इलेक्ट्रॉन में अतिरिक्त ऊर्जा को पकड़ना है। सिलिकॉन जैसी पारंपरिक सामग्रियों में, उत्सर्जन स्थल से इलेक्ट्रोड तक की दूरी जहां उन्हें काटा जाता है, ऐसा होने की अनुमति देने के लिए बहुत दूर है; इलेक्ट्रॉन क्रिस्टल सामग्री और जाली के साथ कई अन्योन्यक्रियाओं से गुजरेगा, इस अतिरिक्त ऊर्जा को ऊष्मा के रूप में छोड़ देगा। अनाकार पतली-फिल्म सिलिकॉन को एक विकल्प के रूप में आजमाया गया था, लेकिन इन सामग्रियों में निहित दोषों ने उनके संभावित लाभ को अभिभूत कर दिया। पारंपरिक सिलिकॉन की तुलना में आधुनिक पतली-फिल्म कोशिकाएं आम तौर पर कम कुशल रहती हैं।
एकल-बैंडगैप पदार्थ से उत्सर्जित होने पर दक्षता में सुधार करने का अन्य विधि इलेक्ट्रॉन में अतिरिक्त ऊर्जा को पकड़ना है। सिलिकॉन जैसी पारंपरिक सामग्रियों में उत्सर्जन स्थल से इलेक्ट्रोड तक की दूरी जहां उन्हें काटा जाता है ऐसा होने की अनुमति देने के लिए बहुत दूर है; इलेक्ट्रॉन क्रिस्टल पदार्थ और जाली के साथ कई अन्योन्यक्रियाओं से गुजरेगा इस अतिरिक्त ऊर्जा को ऊष्मा के रूप में छोड़ देगा। अनाकार पतली-फिल्म सिलिकॉन को विकल्प के रूप में आजमाया गया था किंतु इन सामग्रियों में निहित दोषों ने उनके संभावित लाभ को अभिभूत कर दिया। पारंपरिक सिलिकॉन की तुलना में आधुनिक पतली-फिल्म कोशिकाएं सामान्यतः कम कुशल रहती हैं।


नैनोसंरचित दाताओं को समान फिल्मों के रूप में डाला जा सकता है जो दोषों की समस्याओं से बचते हैं।<ref>Prashant Kamat, [http://energynet.ictp.it/material/Kamat.pdf "Quantum Dot Solar Cells: Semiconductor Nanocrystals As Light Harvesters"], Workshop on Nanoscience for Solar Energy Conversion, 27–29 October 2008, p. 8</ref> ये क्वांटम डॉट्स में निहित अन्य मुद्दों, विशेष रूप से प्रतिरोधकता के मुद्दों और गर्मी प्रतिधारण के अधीन होंगे।
नैनोसंरचित दाताओं को समान फिल्मों के रूप में डाला जा सकता है जो दोषों की समस्याओं से बचते हैं।<ref>Prashant Kamat, [http://energynet.ictp.it/material/Kamat.pdf "Quantum Dot Solar Cells: Semiconductor Nanocrystals As Light Harvesters"], Workshop on Nanoscience for Solar Energy Conversion, 27–29 October 2008, p. 8</ref> ये क्वांटम डॉट्स में निहित अन्य उद्देश्यों विशेष रूप से प्रतिरोधकता के उद्देश्यों और गर्मी प्रतिधारण के अधीन होंगे।


=== एकाधिक उत्तेजना ===
=== एकाधिक उत्तेजना ===
{{main|multiple exciton generation}}
{{main|एकाधिक एक्साइटन पीढ़ी}}
 
शॉक्ले-क्विसर सीमा, जो एकल-परत फोटोवोल्टिक सेल की अधिकतम दक्षता को 33.7% निर्धारित करती है, मानती है कि आने वाले फोटॉन प्रति केवल एक इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़ी (एक्सिटोन) उत्पन्न की जा सकती है। मल्टीपल एक्साइटन जेनरेशन (एमईजी) एक एक्साइटन रिलैक्सेशन पाथवे है जो प्रति आने वाले उच्च ऊर्जा फोटॉन में दो या दो से अधिक एक्साइटन उत्पन्न करने की अनुमति देता है।<ref>Goodwin, H., Jellicoe, T. C., Davis, N. J., & Böhm, M. L. (2018). Multiple exciton generation in quantum dot-based solar cells.  Nanophotonics,7 (1), 111-126. doi:10.1515/nanoph-2017-0034</ref> पारंपरिक फोटोवोल्टिक्स में, यह अतिरिक्त ऊर्जा बल्क सामग्री में जाली कंपन (इलेक्ट्रॉन-फोनन युग्मन) के रूप में खो जाती है। एमईजी तब होता है जब इस अतिरिक्त ऊर्जा को बैंड गैप में अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित करने के लिए स्थानांतरित किया जाता है, जहां वे शॉर्ट-सर्किट वर्तमान घनत्व में योगदान कर सकते हैं।


क्वांटम डॉट्स के भीतर, क्वांटम कारावास कूपलॉम्बिक इंटरैक्शन को बढ़ाता है जो एमईजी प्रक्रिया को संचालित करता है।<ref>Beard, M. C. (2011). Multiple Exciton Generation in Semiconductor Quantum Dots.  The Journal of Physical Chemistry Letters,2 (11), 1282-1288. doi:10.1021/jz200166y</ref> यह घटना इलेक्ट्रॉन-फोनन युग्मन की दर को भी कम करती है, जो बल्क सेमीकंडक्टर्स में एक्सिटोन रिलैक्सेशन की प्रमुख विधि है। फोनन अड़चन गर्म वाहक शीतलन की दर को धीमा कर देती है, जो उत्तेजनाओं को विश्राम के अन्य मार्गों को आगे बढ़ाने की अनुमति देती है; यह एमईजी को क्वांटम डॉट सोलर सेल में हावी होने की अनुमति देता है। एमईजी की दर को क्वांटम डॉट लिगैंड केमिस्ट्री के साथ-साथ क्वांटम डॉट सामग्री और ज्यामिति को बदलकर अनुकूलित किया जा सकता है।
शॉक्ले-क्विसर सीमा जो एकल-परत फोटोवोल्टिक सेल की अधिकतम दक्षता को 33.7% निर्धारित करती है मानती है कि आने वाले फोटॉन प्रति केवल इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़ी (एक्सिटोन) उत्पन्न की जा सकती है। एकाधिक एक्साइटन जेनरेशन (एमईजी) एक्साइटन रिलैक्सेशन पाथवे है जो प्रति आने वाले उच्च ऊर्जा फोटॉन में दो या दो से अधिक एक्साइटन उत्पन्न करने की अनुमति देता है।<ref>Goodwin, H., Jellicoe, T. C., Davis, N. J., & Böhm, M. L. (2018). Multiple exciton generation in quantum dot-based solar cells.  Nanophotonics,7 (1), 111-126. doi:10.1515/nanoph-2017-0034</ref> पारंपरिक फोटोवोल्टिक्स में यह अतिरिक्त ऊर्जा विस्तृत पदार्थ में जाली कंपन (इलेक्ट्रॉन-फोनन युग्मन) के रूप में खो जाती है। एमईजी तब होता है जब इस अतिरिक्त ऊर्जा को बैंड गैप में अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित करने के लिए स्थानांतरित किया जाता है जहां वे शॉर्ट-सर्किट वर्तमान घनत्व में योगदान कर सकते हैं।


2004 में, [[लॉस अलामोस नेशनल लेबोरेटरी]] ने स्पेक्ट्रोस्कोपिक साक्ष्य की सूचना दी कि क्वांटम डॉट में एक एकल, ऊर्जावान फोटॉन के अवशोषण पर कई एक्साइटन कुशलता से उत्पन्न हो सकते हैं।<ref>{{cite journal|last1=Schaller|first1=R.|last2=Klimov|first2=V.|title=High Efficiency Carrier Multiplication in PbSe Nanocrystals: Implications for Solar Energy Conversion|journal=Physical Review Letters|volume=92|issue=18|page=186601|year=2004|doi=10.1103/PhysRevLett.92.186601|pmid=15169518|bibcode=2004PhRvL..92r6601S|arxiv = cond-mat/0404368 |s2cid=4186651 }}<br/>{{cite journal|last1=Ellingson|first1=Randy J.|last2=Beard|first2=Matthew C.|last3=Johnson|first3=Justin C.|last4=Yu|first4=Pingrong|last5=Micic|first5=Olga I.|last6=Nozik|first6=Arthur J.|last7=Shabaev|first7=Andrew|last8=Efros|first8=Alexander L.|doi=10.1021/nl0502672|title=Highly Efficient Multiple Exciton Generation in Colloidal PbSe and PbS Quantum Dots|pmid=15884885|year=2005|pages=865–71|issue=5|volume=5|journal=Nano Letters|url=http://astro1.panet.utoledo.edu/~relling2/PDF/pubs/highly_efficient_multiple_excitation_r_ellingson_(2005)_nano_lett.pdf|bibcode=2005NanoL...5..865E|citeseerx=10.1.1.453.4612}}<br/>[https://web.archive.org/web/20070223234321/http://www.nrel.gov/news/press/2005/350.html "Quantum Dot Materials Can Reduce Heat, Boost Electrical Output"], NREL Press Release, 23 May 2005</ref> उन्हें पकड़ने से सूर्य के प्रकाश में अधिक ऊर्जा प्राप्त होगी। इस दृष्टिकोण में, वाहक गुणन (CM) या [[एकाधिक एक्साइटन पीढ़ी]] (MEG) के रूप में जाना जाता है, क्वांटम डॉट को उच्च ऊर्जा पर एक जोड़ी के बजाय कम ऊर्जा पर कई इलेक्ट्रॉन-होल जोड़े जारी करने के लिए ट्यून किया जाता है। यह बढ़े हुए फोटोकरंट के माध्यम से दक्षता बढ़ाता है। LANL के बिंदु लेड (II[[लीड (द्वितीय) सेलेनाइड]] से बनाए गए थे।
क्वांटम डॉट्स के अंदर क्वांटम कारावास कूपलॉम्बिक इंटरैक्शन को बढ़ाता है जो एमईजी प्रक्रिया को संचालित करता है।<ref>Beard, M. C. (2011). Multiple Exciton Generation in Semiconductor Quantum Dots.  The Journal of Physical Chemistry Letters,2 (11), 1282-1288. doi:10.1021/jz200166y</ref> यह घटना इलेक्ट्रॉन-फोनन युग्मन की दर को भी कम करती है, जो विस्तृत अर्धचालक्स में एक्सिटोन रिलैक्सेशन की प्रमुख विधि है। फोनन अड़चन गर्म वाहक शीतलन की दर को धीमा कर देती है जो उत्तेजनाओं को विश्राम के अन्य मार्गों को आगे बढ़ाने की अनुमति देती है; यह एमईजी को क्वांटम डॉट सोलर सेल में प्रभावित होने की अनुमति देता है। एमईजी की दर को क्वांटम डॉट लिगैंड केमिस्ट्री के साथ-साथ क्वांटम डॉट पदार्थ और ज्यामिति को बदलकर अनुकूलित किया जा सकता है।


2010 में, [[व्योमिंग विश्वविद्यालय]] ने DCCS कोशिकाओं का उपयोग करके इसी तरह के प्रदर्शन का प्रदर्शन किया। लीड-सल्फर (PbS) डॉट्स ने दो-इलेक्ट्रॉन इजेक्शन का प्रदर्शन किया जब आने वाले फोटॉनों में बैंडगैप ऊर्जा का लगभग तीन गुना था।<ref>Jeff Hecht, [https://www.newscientist.com/article/dn19532-work-light-twice-as-hard-to-make-cheap-solar-cells.html?DCMP=OTC-rss&nsref=energy-fuels "Work light twice as hard to make cheap solar cells"], ''Newscientist'', 1 October 2010</ref>
2004 में [[लॉस अलामोस नेशनल लेबोरेटरी]] ने स्पेक्ट्रोस्कोपिक साक्ष्य की सूचना दी कि क्वांटम डॉट में एकल ऊर्जावान फोटॉन के अवशोषण पर कई एक्साइटन कुशलता से उत्पन्न हो सकते हैं।<ref>{{cite journal|last1=Schaller|first1=R.|last2=Klimov|first2=V.|title=High Efficiency Carrier Multiplication in PbSe Nanocrystals: Implications for Solar Energy Conversion|journal=Physical Review Letters|volume=92|issue=18|page=186601|year=2004|doi=10.1103/PhysRevLett.92.186601|pmid=15169518|bibcode=2004PhRvL..92r6601S|arxiv = cond-mat/0404368 |s2cid=4186651 }}<br/>{{cite journal|last1=Ellingson|first1=Randy J.|last2=Beard|first2=Matthew C.|last3=Johnson|first3=Justin C.|last4=Yu|first4=Pingrong|last5=Micic|first5=Olga I.|last6=Nozik|first6=Arthur J.|last7=Shabaev|first7=Andrew|last8=Efros|first8=Alexander L.|doi=10.1021/nl0502672|title=Highly Efficient Multiple Exciton Generation in Colloidal PbSe and PbS Quantum Dots|pmid=15884885|year=2005|pages=865–71|issue=5|volume=5|journal=Nano Letters|url=http://astro1.panet.utoledo.edu/~relling2/PDF/pubs/highly_efficient_multiple_excitation_r_ellingson_(2005)_nano_lett.pdf|bibcode=2005NanoL...5..865E|citeseerx=10.1.1.453.4612}}<br/>[https://web.archive.org/web/20070223234321/http://www.nrel.gov/news/press/2005/350.html "Quantum Dot Materials Can Reduce Heat, Boost Electrical Output"], NREL Press Release, 23 May 2005</ref> उन्हें पकड़ने से सूर्य के प्रकाश में अधिक ऊर्जा प्राप्त होगी। इस दृष्टिकोण में वाहक गुणन (सीएम) या [[एकाधिक एक्साइटन पीढ़ी]] (एमईजी) के रूप में जाना जाता है क्वांटम डॉट को उच्च ऊर्जा पर जोड़ी के अतिरिक्त कम ऊर्जा पर कई इलेक्ट्रॉन-होल जोड़े जारी करने के लिए ट्यून किया जाता है। यह बढ़े हुए फोटोधारा के माध्यम से दक्षता बढ़ाता है। एलएएनएल के बिंदु लेड (II[[लीड (द्वितीय) सेलेनाइड]] से बनाए गए थे।
2005 में, [[एनआरईएल]] ने क्वांटम डॉट्स में एमईजी का प्रदर्शन किया, प्रति फोटॉन तीन इलेक्ट्रॉनों का उत्पादन किया और 65% की सैद्धांतिक दक्षता।<ref>[http://www.futurepundit.com/archives/002789.html Quantum Dots May Boost Photovoltaic Efficiency To 65%]</ref> 2007 में, उन्होंने सिलिकॉन में समान परिणाम प्राप्त किया।<ref>[http://www.understandingnano.com/solar-cell-efficiency-quantum-dot.html "Unique Quantum Effect Found in Silicon Nanocrystals"], NREL Press Release, 24 July 2007</ref>


2010 में [[व्योमिंग विश्वविद्यालय]] ने डीसीसीएस कोशिकाओं का उपयोग करके इसी तरह के प्रदर्शन का प्रदर्शन किया। लीड-सल्फर (पीबीएस) डॉट्स ने दो-इलेक्ट्रॉन इजेक्शन का प्रदर्शन किया जब आने वाले फोटॉनों में बैंडगैप ऊर्जा का लगभग तीन गुना था।<ref>Jeff Hecht, [https://www.newscientist.com/article/dn19532-work-light-twice-as-hard-to-make-cheap-solar-cells.html?DCMP=OTC-rss&nsref=energy-fuels "Work light twice as hard to make cheap solar cells"], ''Newscientist'', 1 October 2010</ref>


2005 में [[एनआरईएल]] ने क्वांटम डॉट्स में एमईजी का प्रदर्शन किया प्रति फोटॉन तीन इलेक्ट्रॉनों का उत्पादन किया और 65% की सैद्धांतिक दक्षता<ref>[http://www.futurepundit.com/archives/002789.html Quantum Dots May Boost Photovoltaic Efficiency To 65%]</ref> 2007 में उन्होंने सिलिकॉन में समान परिणाम प्राप्त किया है।<ref>[http://www.understandingnano.com/solar-cell-efficiency-quantum-dot.html "Unique Quantum Effect Found in Silicon Nanocrystals"], NREL Press Release, 24 July 2007</ref>
=== गैर ऑक्सीकरण ===
=== गैर ऑक्सीकरण ===


2014 में टोरंटो विश्वविद्यालय के एक समूह ने विशेष उपचार के साथ PbS का उपयोग करके एक प्रकार की CQD n-टाइप सेल का निर्माण और प्रदर्शन किया ताकि यह ऑक्सीजन के साथ बंध न जाए। सेल ने 8% दक्षता हासिल की, जो वर्तमान QD दक्षता रिकॉर्ड से थोड़ा ही कम है। ऐसी कोशिकाएं अलेपित स्प्रे-ऑन कोशिकाओं की संभावना पैदा करती हैं।<ref>{{cite web|url=http://www.gizmag.com/quantum-dot-solar-cells/32478 |title=क्वांटम डॉट की सफलता से सस्ते स्प्रे-ऑन सोलर सेल बन सकते हैं|publisher=Gizmag.com |first =  Dario |last=Borghino|date= 2014-06-10|access-date=2014-06-22}}</ref><ref>{{Cite journal | doi = 10.1038/nmat4007| title = वायु-स्थिर एन-प्रकार कोलाइडल क्वांटम डॉट ठोस| journal = Nature Materials| year = 2014| last1 = Ning | first1 = Z. | last2 = Voznyy | first2 = O. | last3 = Pan | first3 = J. | last4 = Hoogland | first4 = S. | last5 = Adinolfi | first5 = V. | last6 = Xu | first6 = J. | last7 = Li | first7 = M. | last8 = Kirmani | first8 = A. R. | last9 = Sun | first9 = J. P. | last10 = Minor | first10 = J. | last11 = Kemp | first11 = K. W. | last12 = Dong | first12 = H. | last13 = Rollny | first13 = L. | last14 = Labelle | first14 = A. | last15 = Carey | first15 = G. | last16 = Sutherland | first16 = B. | last17 = Hill | first17 = I. | last18 = Amassian | first18 = A. | last19 = Liu | first19 = H. | last20 = Tang | first20 = J. | last21 = Bakr | first21 = O. M. | last22 = Sargent | first22 = E. H. | volume=13 | issue = 8| pages=822–828 | pmid=24907929| bibcode = 2014NatMa..13..822N }}</ref> हालाँकि, ये वायु-स्थिर एन-प्रकार CQD वास्तव में ऑक्सीजन मुक्त वातावरण में निर्मित थे।
2014 में टोरंटो विश्वविद्यालय के समूह ने विशेष उपचार के साथ पीबीएस का उपयोग करके प्रकार की सीक्यूडी n-टाइप सेल का निर्माण और प्रदर्शन किया जिससे यह ऑक्सीजन के साथ बंध न जाए। सेल ने 8% दक्षता प्राप्त की जो वर्तमान क्यूडी दक्षता सूची से थोड़ा ही कम है। ऐसी कोशिकाएं अलेपित स्प्रे-ऑन कोशिकाओं की संभावना उत्पन्न करती हैं।<ref>{{cite web|url=http://www.gizmag.com/quantum-dot-solar-cells/32478 |title=क्वांटम डॉट की सफलता से सस्ते स्प्रे-ऑन सोलर सेल बन सकते हैं|publisher=Gizmag.com |first =  Dario |last=Borghino|date= 2014-06-10|access-date=2014-06-22}}</ref><ref>{{Cite journal | doi = 10.1038/nmat4007| title = वायु-स्थिर एन-प्रकार कोलाइडल क्वांटम डॉट ठोस| journal = Nature Materials| year = 2014| last1 = Ning | first1 = Z. | last2 = Voznyy | first2 = O. | last3 = Pan | first3 = J. | last4 = Hoogland | first4 = S. | last5 = Adinolfi | first5 = V. | last6 = Xu | first6 = J. | last7 = Li | first7 = M. | last8 = Kirmani | first8 = A. R. | last9 = Sun | first9 = J. P. | last10 = Minor | first10 = J. | last11 = Kemp | first11 = K. W. | last12 = Dong | first12 = H. | last13 = Rollny | first13 = L. | last14 = Labelle | first14 = A. | last15 = Carey | first15 = G. | last16 = Sutherland | first16 = B. | last17 = Hill | first17 = I. | last18 = Amassian | first18 = A. | last19 = Liu | first19 = H. | last20 = Tang | first20 = J. | last21 = Bakr | first21 = O. M. | last22 = Sargent | first22 = E. H. | volume=13 | issue = 8| pages=822–828 | pmid=24907929| bibcode = 2014NatMa..13..822N }}</ref> चूँकि ये वायु-स्थिर एन-प्रकार सीक्यूडी वास्तव में ऑक्सीजन मुक्त वातावरण में निर्मित थे।
 
इसके अलावा 2014 में, MIT के एक अन्य शोध समूह ने वायु-स्थिर ZnO/PbS सौर कोशिकाओं का प्रदर्शन किया जो हवा में गढ़े गए थे और प्रमाणित 8.55% रिकॉर्ड दक्षता (प्रयोगशाला में 9.2%) हासिल की थी क्योंकि वे प्रकाश को अच्छी तरह से अवशोषित करते थे, जबकि संग्राहकों को चार्ज भी परिवहन करते थे। कोशिका का किनारा।<ref>{{cite web|url=http://www.gizmag.com/quantum-dot-solar-cell-record-efficiency/32277 |title=क्वांटम-डॉट फोटोवोल्टिक्स के लिए नया रिकॉर्ड दक्षता|first=Colin |last=Jeffrey |publisher=Gizmag.com |date=May 27, 2014 |access-date=2014-06-22}}</ref> ये सेल क्वांटम डॉट सोलर सेल के लिए अभूतपूर्व वायु-स्थिरता दिखाते हैं कि हवा में भंडारण के 150 दिनों से अधिक समय तक प्रदर्शन अपरिवर्तित रहा।<ref name=MITNatMater2014 />
 
 
== बाजार परिचय ==


=== वाणिज्यिक प्रदाता ===
इसके अतिरिक्त 2014 में, एमआईटी के अन्य शोध समूह ने वायु-स्थिर जेडएनओ/पीबीएस सौर कोशिकाओं का प्रदर्शन किया जो हवा में गढ़े गए थे और प्रमाणित 8.55% सूची दक्षता (प्रयोगशाला में 9.2%) प्राप्त की थी क्योंकि वे प्रकाश को अच्छी तरह से अवशोषित करते थे, जबकि संग्राहकों को चार्ज भी परिवहन करते थे। कोशिका का किनारा<ref>{{cite web|url=http://www.gizmag.com/quantum-dot-solar-cell-record-efficiency/32277 |title=क्वांटम-डॉट फोटोवोल्टिक्स के लिए नया रिकॉर्ड दक्षता|first=Colin |last=Jeffrey |publisher=Gizmag.com |date=May 27, 2014 |access-date=2014-06-22}}</ref> ये सेल क्वांटम डॉट सोलर सेल के लिए अभूतपूर्व वायु-स्थिरता दिखाते हैं कि हवा में संचयन के 150 दिनों से अधिक समय तक प्रदर्शन अपरिवर्तित रहा है ।<ref name=MITNatMater2014 />
 
== बाजार परिचय                                              ==
हालांकि क्वांटम डॉट सोलर सेल अभी तक बड़े पैमाने पर व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य नहीं हैं, कई छोटे वाणिज्यिक प्रदाताओं ने क्वांटम डॉट फोटोवोल्टिक उत्पादों का विपणन शुरू कर दिया है। निवेशकों और वित्तीय विश्लेषकों ने क्वांटम डॉट फोटोवोल्टिक्स की पहचान सौर उद्योग के लिए एक महत्वपूर्ण भविष्य की तकनीक के रूप में की है।<ref>Chatsko, M. (2018, July 19). 3 Wild Solar Power Technologies That Could Secure the Industry's Future. Retrieved from https://www.fool.com/investing/2018/07/19/3-wild-solar-power-technologies-that-could-secure.aspx</ref>
* क्वांटम मैटेरियल्स कॉर्प (क्यूएमसी) और सहायक सोल्टर्रा रिन्यूएबल टेक्नोलॉजीज सौर ऊर्जा और प्रकाश अनुप्रयोगों में उपयोग के लिए क्वांटम डॉट्स और नैनोमैटेरियल्स का विकास और निर्माण कर रहे हैं। पेरोसाइट क्वांटम डॉट्स के लिए उनकी पेटेंटेड निरंतर प्रवाह उत्पादन प्रक्रिया के साथ,<ref>Johnson, T. (n.d.). "This Company's 'Tiny Dots' Promise to Turn the ENTIRE Renewable Energy Industry on its Head". Retrieved from https://www.stockgumshoe.com/reviews/cutting-edge-the/this-companys-tiny-dots-promi se-to-turn-the-entire-renewable-energy-industry-on-its-head/</ref> QMC अन्य उभरते उद्योगों में अपने नैनो पदार्थों को लागू करने के अलावा क्वांटम डॉट सौर सेल उत्पादन की लागत कम करने की उम्मीद करता है।
* QD सोलर मल्टी-जंक्शन सोलर सेल बनाने के लिए क्वांटम डॉट्स के ट्यून करने योग्य बैंड गैप का लाभ उठाता है। क्वांटम डॉट्स से बने इन्फ्रारेड सोलर सेल के साथ कुशल सिलिकॉन सोलर सेल का संयोजन करके, QD Solar का लक्ष्य सौर स्पेक्ट्रम का अधिक से अधिक उत्पादन करना है। QD Solar के अकार्बनिक क्वांटम डॉट्स को उच्च-थ्रूपुट और लागत प्रभावी तकनीकों के साथ संसाधित किया जाता है और ये पॉलीमेरिक नैनोमैटेरियल्स की तुलना में अधिक हल्के और हवा में स्थिर होते हैं।
* UbiQD फ्लोरोफोरस के रूप में क्वांटम डॉट्स का उपयोग करके फोटोवोल्टिक विंडो विकसित कर रहा है। उन्होंने निकट-अवरक्त क्वांटम डॉट्स का उपयोग करके एक ल्यूमिनेसेंट सोलर कंसंट्रेटर (LSC) डिज़ाइन किया है जो पारंपरिक विकल्पों की तुलना में सस्ता और कम विषैला है। UbiQD अर्ध-पारदर्शी खिड़कियां प्रदान करने की उम्मीद करता है जो निष्क्रिय इमारतों को ऊर्जा उत्पादन इकाइयों में परिवर्तित करती हैं, साथ ही इमारत के ताप लाभ को कम करती हैं।
* एमएल सिस्टम एसए, [[वारसॉ स्टॉक एक्सचेंज]] में सूचीबद्ध एक [[बिल्डिंग-इंटीग्रेटेड फोटोवोल्टिक्स]] निर्माता 2020 और 2021 के बीच अपने क्वांटमग्लास उत्पाद का वॉल्यूम उत्पादन शुरू करने का इरादा रखता है।<ref>{{cite web |url=https://www.biznesradar.pl/a/84478,ml-system-zawarla-z-firma-servitech-umowe-warta-26-7-mln-zl-netto |title=ML System zawarła z firmą Servitech umowę wartą 26,7 mln zł netto |language=pl |date=2019-10-30 |access-date=2020-02-06}}</ref><ref>{{cite web |url=https://ir.mlsystem.pl/2019/11/05/kolejny-krok-milowy-ml-system-w-ramach-projektu-quantum-glass/ |title=क्वांटम ग्लास परियोजना के हिस्से के रूप में एमएल सिस्टम के लिए एक और मील का पत्थर|language=pl |date=2019-11-05 |access-date=2020-02-06}}</ref>


=== वाणिज्यिक प्रदाता                                                                                                        ===


चूँकि क्वांटम डॉट सोलर सेल अभी तक बड़े मापदंड पर व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य नहीं हैं कई छोटे वाणिज्यिक प्रदाताओं ने क्वांटम डॉट फोटोवोल्टिक उत्पादों का विपणन प्रारंभ कर दिया है। निवेशकों और वित्तीय विश्लेषकों ने क्वांटम डॉट फोटोवोल्टिक्स की पहचान सौर उद्योग के लिए महत्वपूर्ण भविष्य की विधि के रूप में की है।<ref>Chatsko, M. (2018, July 19). 3 Wild Solar Power Technologies That Could Secure the Industry's Future. Retrieved from https://www.fool.com/investing/2018/07/19/3-wild-solar-power-technologies-that-could-secure.aspx</ref>
* क्वांटम पदार्थ कॉर्प (क्यूएमसी) और सहायक सोल्टर्रा नवीकरणीय प्रौद्योगिकियां सौर ऊर्जा और प्रकाश अनुप्रयोगों में उपयोग के लिए क्वांटम डॉट्स और नैनोपदार्थ का विकास और निर्माण कर रहे हैं। पेरोसाइट क्वांटम डॉट्स के लिए उनकी पेटेंटेड निरंतर प्रवाह उत्पादन प्रक्रिया के साथ<ref>Johnson, T. (n.d.). "This Company's 'Tiny Dots' Promise to Turn the ENTIRE Renewable Energy Industry on its Head". Retrieved from https://www.stockgumshoe.com/reviews/cutting-edge-the/this-companys-tiny-dots-promi se-to-turn-the-entire-renewable-energy-industry-on-its-head/</ref> क्यूएमसी अन्य उभरते उद्योगों में अपने नैनो पदार्थों को प्रयुक्त करने के अतिरिक्त क्वांटम डॉट सौर सेल उत्पादन की निवेश कम करने की उम्मीद करता है।
* क्यूडी सोलर बहु -जंक्शन सोलर सेल बनाने के लिए क्वांटम डॉट्स के ट्यून करने योग्य बैंड गैप का लाभ उठाता है। क्वांटम डॉट्स से बने इन्फ्रारेड सोलर सेल के साथ कुशल सिलिकॉन सोलर सेल का संयोजन करके क्यूडी सोलर का लक्ष्य सौर स्पेक्ट्रम का अधिक से अधिक उत्पादन करना है। क्यूडी सोलर के अकार्बनिक क्वांटम डॉट्स को उच्च-थ्रूपुट और निवेश प्रभावी विधियों के साथ संसाधित किया जाता है और ये पॉलीमेरिक नैनोपदार्थ की तुलना में अधिक हल्के और हवा में स्थिर होते हैं।
* यूबीक्यूडी फ्लोरोफोरस के रूप में क्वांटम डॉट्स का उपयोग करके फोटोवोल्टिक विंडो विकसित कर रहा है। उन्होंने निकट-अवरक्त क्वांटम डॉट्स का उपयोग करके ल्यूमिनेसेंट सोलर कंसंट्रेटर (एलएससी) डिज़ाइन किया है जो पारंपरिक विकल्पों की तुलना में सस्ता और कम विषाक्त है। यूबीक्यूडी अर्ध-पारदर्शी विंडो प्रदान करने की उम्मीद करता है जो निष्क्रिय इमारतों को ऊर्जा उत्पादन इकाइयों में परिवर्तित करती हैं साथ ही इमारत के ताप लाभ को कम करती हैं।
* एमएल प्रणाली एसए [[वारसॉ स्टॉक एक्सचेंज]] में सूचीबद्ध [[बिल्डिंग-इंटीग्रेटेड फोटोवोल्टिक्स]] निर्माता 2020 और 2021 के बीच अपने क्वांटमग्लास उत्पाद का वॉल्यूम उत्पादन प्रारंभ करने का अभिप्राय रखता है।<ref>{{cite web |url=https://www.biznesradar.pl/a/84478,ml-system-zawarla-z-firma-servitech-umowe-warta-26-7-mln-zl-netto |title=ML System zawarła z firmą Servitech umowę wartą 26,7 mln zł netto |language=pl |date=2019-10-30 |access-date=2020-02-06}}</ref><ref>{{cite web |url=https://ir.mlsystem.pl/2019/11/05/kolejny-krok-milowy-ml-system-w-ramach-projektu-quantum-glass/ |title=क्वांटम ग्लास परियोजना के हिस्से के रूप में एमएल सिस्टम के लिए एक और मील का पत्थर|language=pl |date=2019-11-05 |access-date=2020-02-06}}</ref>
=== सुरक्षा चिंताएं ===
=== सुरक्षा चिंताएं ===


कई हेवी-मेटल क्वांटम डॉट (सीसा/कैडमियम चॉकोजेनाइड्स जैसे पीबीएसई, सीडीएसई) अर्धचालक साइटोटॉक्सिक हो सकते हैं और एक्सपोजर को रोकने के लिए एक स्थिर बहुलक खोल में समझाया जाना चाहिए। गैर विषैले क्वांटम डॉट सामग्री जैसे AgBiS<sub>2</sub> उनकी सुरक्षा और प्रचुरता के कारण नैनोक्रिस्टल का पता लगाया गया है; इन सामग्रियों के आधार पर सौर कोशिकाओं के साथ अन्वेषण ने तुलनीय रूपांतरण क्षमता (> 9%) और शॉर्ट-सर्किट वर्तमान घनत्व (> 27 mA/cm2) का प्रदर्शन किया है।<sup>2</sup>).<ref>Bernechea, M., Miller, N. C., Xercavins, G., So, D., Stavrinadis, A., & Konstantatos, G. (2016). Solution-processed solar cells based on environmentally friendly AgBiS2 nanocrystals.  Nature Photonics,10(  8), 521-525. doi:10.1038/nphoton.2016.108</ref><ref>Wang, Y., Kavanagh, S.R., Burgués-Ceballos, I. et al. Cation disorder engineering yields AgBiS2 nanocrystals with enhanced optical absorption for efficient ultrathin solar cells. Nat. Photon. 16, 235–241 (2022). https://doi.org/10.1038/s41566-021-00950-4.</ref> यूबीआईक्यूडी का क्यूइनसे<sub>2−X</sub> क्वांटम डॉट सामग्री एक गैर विषैले अर्धचालक यौगिक का एक और उदाहरण है।
कई भारी-मेटल क्वांटम डॉट (सीसा/कैडमियम चॉकोजेनाइड्स जैसे पीबीएसई, सीडीएसई) अर्धचालक साइटोटॉक्सिक हो सकते हैं और एक्सपोजर को रोकने के लिए स्थिर बहुलक खोल में समझाया जाना चाहिए। गैर विषैले क्वांटम डॉट पदार्थ जैसे AgBiS<sub>2</sub> उनकी सुरक्षा और प्रचुरता के कारण नैनोक्रिस्टल का पता लगाया गया है; इन सामग्रियों के आधार पर सौर कोशिकाओं के साथ अन्वेषण ने तुलनीय रूपांतरण क्षमता (> 9%) और शॉर्ट-सर्किट वर्तमान घनत्व (> 27 mA/cm<sup>2</sup>) का प्रदर्शन किया है।).<ref>Bernechea, M., Miller, N. C., Xercavins, G., So, D., Stavrinadis, A., & Konstantatos, G. (2016). Solution-processed solar cells based on environmentally friendly AgBiS2 nanocrystals.  Nature Photonics,10(  8), 521-525. doi:10.1038/nphoton.2016.108</ref><ref>Wang, Y., Kavanagh, S.R., Burgués-Ceballos, I. et al. Cation disorder engineering yields AgBiS2 nanocrystals with enhanced optical absorption for efficient ultrathin solar cells. Nat. Photon. 16, 235–241 (2022). https://doi.org/10.1038/s41566-021-00950-4.</ref> यूबीआईक्यूडी का CuInSe<sub>2−X</sub> क्वांटम डॉट पदार्थ गैर विषैले अर्धचालक यौगिक का और उदाहरण है।


== यह भी देखें ==
== यह भी देखें ==
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==बाहरी संबंध==
==बाहरी संबंध==
*Science News Online, [http://www.sciencenews.org/articles/20060603/bob8.asp Quantum-Dots Leap: Tapping tiny crystals' inexplicable light-harvesting talent], June 3, 2006.
*Science News Online, [http://www.sciencenews.org/articles/20060603/bob8.asp Quantum-Dots Leap: Tapping tiny crystals' inexplicable light-harvesting talent], June 3, 2006.
*[[InformationWeek]], [http://www.informationweek.com/story/showArticle.jhtml?articleID=175802865 Nanocrystal Discovery Has Solar Cell Potential], January 6, 2006.
*[[InformationWeek]], [http://www.informationweek.com/story/showArticle.jhtml?articleID=175802865 Nanocrystal Discovery Has सोलर Cell Potential], January 6, 2006.
*[[Berkeley Lab]], [https://web.archive.org/web/20061031145807/http://www.lbl.gov/tt/techs/lbnl2116.html Berkeley Lab Air-stable Inorganic Nanocrystal Solar Cells Processed from Solution], 2005.
*[[Berkeley Lab]], [https://web.archive.org/web/20061031145807/http://www.lbl.gov/tt/techs/lbnl2116.html Berkeley Lab Air-stable Inorganic Nanocrystal सोलर Cells Processed from Solution], 2005.
*ScienceDaily, [https://www.sciencedaily.com/releases/2005/10/051023122429.htm Sunny Future For Nanocrystal Solar Cells], October 23, 2005.
*ScienceDaily, [https://www.sciencedaily.com/releases/2005/10/051023122429.htm Sunny Future For Nanocrystal सोलर Cells], October 23, 2005.
 
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Latest revision as of 16:24, 20 June 2023

टोरंटो विश्वविद्यालय में सार्जेंट ग्रुप द्वारा निर्मित स्पिन-कास्ट क्वांटम डॉट सोलर सेल। सामने की सतह पर धातु डिस्क नीचे की परतों के विद्युत कनेक्शन हैं।


क्वांटम डॉट सोलर सेल (क्यूडीएससी) सोलर सेल डिज़ाइन है जो क्वांटम डॉट्स को अवशोषित फोटोवोल्टिक पदार्थ के रूप में उपयोग करता है। यह विस्तृत पदार्थ जैसे सिलिकॉन कॉपर इंडियम गैलियम सेलेनाइड (कॉपर इंडियम गैलियम सेलेनाइड सौर सेल) या कैडमियम टेल्यूराइड (कैडमियम टेल्यूराइड फोटोवोल्टिक्स) को बदलने का प्रयास करता है। क्वांटम डॉट्स में बैंडगैप होते हैं जो अपने आकार को बदलकर ऊर्जा स्तरों की विस्तृत श्रृंखला में ट्यून करने योग्य होते हैं। विस्तृत सामग्रियों में बैंडगैप को पदार्थ (एस) के चुनाव द्वारा तय किया जाता है। यह संपत्ति बहु -जंक्शन सौर कोशिकाओं के लिए क्वांटम डॉट्स को आकर्षक बनाती है जहां सौर स्पेक्ट्रम के कई भागो की संचयन करके दक्षता में सुधार के लिए विभिन्न सामग्रियों का उपयोग किया जाता है।

2022 तक सौर सेल की दक्षता 18.1% से अधिक हो गई है।[1] क्वांटम डॉट सौर कोशिकाओं में उच्च फोटोवोल्टेज या उच्च फोटोक्यूरेंट्स का उत्पादन करने के लिए गर्म फोटोजेनरेटेड वाहकों का उपयोग करके सौर फोटोन रूपांतरण की अधिकतम प्राप्य थर्मोडायनामिक रूपांतरण दक्षता को लगभग 66% तक बढ़ाने की क्षमता है।[2]

पृष्ठभूमि

सौर सेल अवधारणाएं

एक पारंपरिक सौर सेल में अर्धचालक द्वारा प्रकाश को अवशोषित किया जाता है, जो इलेक्ट्रॉन-छिद्र (ए-एच) जोड़ी का उत्पादन करता है; जोड़ी बंधी हो सकती है और इसे एक्साइटन कहा जाता है। यह जोड़ी आंतरिक विद्युत रासायनिक क्षमता (पी-एन जंक्शनों या शोट्की डायोड में उपस्थित) से अलग होती है और इलेक्ट्रॉनों और छेदों के परिणामी प्रवाह से विद्युत प्रवाह बनता है। आंतरिक इलेक्ट्रोकेमिकल क्षमता डोपिंग (अर्धचालक) द्वारा अर्धचालक इंटरफ़ेस के भाग के साथ बनाई जाती है जो इलेक्ट्रॉन दाताओं (एन-टाइप डोपिंग) के रूप में कार्य करती है और दूसरा इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता (पी-टाइप डोपिंग) के साथ होती है जिसके परिणामस्वरूप पी-एन जंक्शन होता है। एह जोड़ी की पीढ़ी के लिए आवश्यक है कि फोटॉनों में पदार्थ के बैंडगैप से अधिक ऊर्जा हो। प्रभावी रूप से बैंडगैप से कम ऊर्जा वाले फोटॉन अवशोषित नहीं होते हैं जबकि जो उच्च हैं वे जल्दी (लगभग 10−13 सेकेंड के अंदर) आउटपुट को कम करते हुए बैंड के किनारों तक थर्मलाइज़ करता है पूर्व सीमा वर्तमान (विद्युत्) को कम करती है जबकि थर्मलकरण वोल्टेज को कम करता है। परिणाम स्वरुप अर्धचालक कोशिकाओं को वोल्टेज और धारा के बीच व्यापार-बंद का सामना करना पड़ता है (जो कि कई जंक्शन कार्यान्वयनों का उपयोग करके आंशिक रूप से कम किया जा सकता है)। शॉक्ली-क्विज़र सीमा दर्शाती है कि यदि कोई सौर सेल के लिए 1.34 ईवी के आदर्श बैंडगैप के साथ एकल पदार्थ का उपयोग करता है तो यह दक्षता 33% से अधिक नहीं हो सकती है।[3]

एक आदर्श सिंगल-जंक्शन सेल का बैंड गैप (1.34 eV) सिलिकॉन (1.1 eV) के समीप है जो कई कारणों में से एक है कि सिलिकॉन बाजार पर प्रभुत्व है। चूँकि सिलिकॉन की दक्षता लगभग 30% तक सीमित है (शॉक्ले-क्विसर सीमा) अलग-अलग बैंडगैप के साथ लंबवत स्टैकिंग कोशिकाओं द्वारा एकल-जंक्शन सेल में सुधार करना संभव है - जिसे "टेंडेम" या "बहु -जंक्शन" दृष्टिकोण कहा जाता है। इसी विश्लेषण से पता चलता है कि दो परत वाले सेल में एक परत 1.64 eV और दूसरी 0.94 eV पर ट्यून की जानी चाहिए, जिससे 44% का सैद्धांतिक प्रदर्शन मिलता है। 48% की दक्षता के साथ एक तीन-परत सेल को 1.83, 1.16 और 0.71 eV पर ट्यून किया जाना चाहिए। एक "इन्फिनिटी-लेयर" सेल में 86% की सैद्धांतिक दक्षता होगी शेष के लिए अन्य थर्मोडायनामिक हानि तंत्रों के साथ है।[4]

बैंडगैप ट्यूनेबिलिटी की कमी के कारण पारंपरिक (क्रिस्टलीय) सिलिकॉन तैयार करने के विधि इस दृष्टिकोण के लिए खुद को उधार नहीं देते हैं। अनाकार सिलिकॉन की पतली-फिल्में जो क्रिस्टल गति संरक्षण में आराम की आवश्यकता के कारण सीधे बैंडगैप और कार्बन के इंटरमिक्सिंग को प्राप्त कर सकती हैं बैंडगैप को ट्यून कर सकती हैं किंतु अन्य उद्देश्यों ने इन्हें पारंपरिक कोशिकाओं के प्रदर्शन से मेल खाने से रोक दिया है।[5] अधिकांश अग्रानुक्रम-कोशिका संरचनाएं उच्च प्रदर्शन वाले अर्धचालकों पर आधारित होती हैं विशेष रूप से इंडियम गैलियम आर्सेनाइड (आईएनजीएएएस) तीन-परत इनगैस/गाअस/आईएनजीएपी कोशिकाएं (बैंडगैप 0.94/1.42/1.89 eV) प्रायोगिक उदाहरणों के लिए 42.3% का दक्षता सूची रखती हैं।[6]

चूँकि क्यूडीएससी अशक्त अवशोषण से ग्रस्त हैं और कमरे के तापमान पर प्रकाश अवशोषण का योगदान सामान्य है। बहुशाखा वाले एयू नैनोस्टार्स का उपयोग करके इसे संबोधित किया जा सकता है।[7]

क्वांटम डॉट्स

क्वांटम डॉट्स अर्धचालक कण हैं जो एक्सिटॉन बोह्र त्रिज्या के आकार से कम हो गए हैं और क्वांटम यांत्रिकी के विचारों के कारण इलेक्ट्रॉन ऊर्जा जो उनके सामान्य उपस्थित हो सकती परमाणु में बहुत समान ऊर्जा बन जाती है। क्वांटम डॉट्स को कृत्रिम परमाणु कहा जाता है। ये ऊर्जा स्तर अपने आकार को बदलकर ट्यून करने योग्य होते हैं जो बदले में बैंडगैप को परिभाषित करता है। बिंदुओं को कई आकारों में उगाया जा सकता है जिससे वे अंतर्निहित पदार्थ या निर्माण विधियों को बदले बिना विभिन्न प्रकार के बैंडगैप व्यक्त कर सकते हैं।[8] विशिष्ट गीले रसायन शास्त्र की तैयारी में संश्लेषण अवधि या तापमान को बदलकर ट्यूनिंग पूरा किया जाता है।

बैंडगैप को ट्यून करने की क्षमता क्वांटम डॉट्स को सौर कोशिकाओं के लिए वांछनीय बनाती है। सूर्य के फोटॉन वितरण स्पेक्ट्रम के लिए शॉक्ले-क्विसर सीमा इंगित करती है कि अधिकतम सौर रूपांतरण दक्षता 1.34 eV के बैंड गैप वाली पदार्थ में होती है। चूँकि कम बैंड अंतराल वाली पदार्थ कम ऊर्जा फोटॉनों (और इसके विपरीत) से विद्युत् उत्पन्न करने के लिए उत्तम अनुकूल होगी। लीड (IIलीड (द्वितीय) सल्फाइड (पीबीएस) कोलाइडल क्वांटम डॉट्स (सीक्यूडी) का उपयोग करने वाले एकल जंक्शन कार्यान्वयन में बैंडगैप होते हैं जिन्हें दूर अवरक्त में ट्यून किया जा सकता है, जो सामान्यतः पारंपरिक सौर कोशिकाओं के साथ प्राप्त करना कठिन होता है। पृथ्वी पर पहुंचने वाली सौर ऊर्जा का आधा भाग इन्फ्रारेड में होता है अधिकांश इन्फ्रारेड क्षेत्र में क्वांटम डॉट सौर सेल इन्फ्रारेड ऊर्जा को किसी अन्य के रूप में सुलभ बनाता है।[9]

इसके अतिरिक्त सीक्यूडी आसान संश्लेषण और तैयारी प्रदान करता है। कोलाइडयन तरल रूप में निलंबित होने पर उन्हें पूरे उत्पादन में आसानी से संभाला जा सकता है जिसमें सबसे जटिल उपकरण की आवश्यकता होती है। सीक्यूडी को सामान्यतः छोटे बैचों में संश्लेषित किया जाता है किंतु इसे बड़े मापदंड पर उत्पादित किया जा सकता है। डॉट्स को सब्सट्रेट पर स्पिन कोटिंग द्वारा वितरित किया जा सकता है या तो हाथ से या स्वचालित प्रक्रिया में बड़े मापदंड पर उत्पादन स्प्रे-ऑन या रोल-प्रिंटिंग प्रणाली का उपयोग कर सकता है नाटकीय रूप से मॉड्यूल निर्माण निवेश को कम कर सकता है।

उत्पादन

प्रारंभिक उदाहरणों में मूल्यवान आणविक बीम एपिटॉक्सी प्रक्रियाओं का उपयोग किया गया। चूँकि जाली बेमेल के परिणामस्वरूप तनाव का संचय होता है और इस प्रकार दोषों की उत्पत्ति होती है जो स्टैक्ड परतों की संख्या को सीमित करती है। ड्रॉपलेट एपिटॉक्सी ग्रोथ विधि तनाव मुक्त क्यूडी एस के निर्माण पर इसके लाभ दिखाती है।[10] वैकल्पिक रूप से कम मूल्यवान निर्माण विधियों को बाद में विकसित किया गया। ये गीले रसायन (सीक्यूडी के लिए) और बाद के समाधान प्रसंस्करण का उपयोग करते हैं। केंद्रित नैनोपार्टिकल समाधान लंबे हाइड्रोकार्बन लिगेंड द्वारा स्थिर होते हैं जो समाधान में नैनोक्रिस्टल को निलंबित रखते हैं।

ठोस बनाने के लिए इन विलयनों को नीचे गिराया जाता है और लंबे समय तक स्थिर करने वाले लिगेंड को शॉर्ट-चेन क्रॉसलिंकर्स से बदल दिया जाता है। रासायनिक इंजीनियरिंग से नैनोक्रिस्टल सतह नैनोक्रिस्टल को उत्तम विधि से निष्क्रिय कर सकती है और हानिकारक ट्रैप अवस्था को कम कर सकती है जो वाहक पुनर्संयोजन के माध्यम से उपकरण के प्रदर्शन को कम कर देगा। यह दृष्टिकोण 7.0% की दक्षता उत्पन्न करता है।[11]

एक और आधुनिक अध्ययन ने प्रदर्शन को 8.6% तक सुधारने के लिए उनके सापेक्ष बैंड संरेखण को ट्यून करके विभिन्न कार्यों के लिए अलग-अलग लिगेंड का उपयोग किया।[12] कोशिकाओं को कमरे के तापमान पर हवा में घोल-संसाधित किया गया और बिना एनकैप्सुलेशन के 150 दिनों से अधिक समय तक वायु-स्थिरता प्रदर्शित की गई।

2014 में योडिद का उपयोग लिगैंड के रूप में किया गया था जो ऑक्सीजन से बंधता नहीं है। यह स्थिर एन- और पी-टाइप परतों को बनाए रखता है, अवशोषण दक्षता को बढ़ाता है जिससे 8% तक विद्युत् रूपांतरण दक्षता उत्पन्न होती है।[13]

इतिहास

क्वांटम डॉट्स को उच्च दक्षता के मार्ग के रूप में उपयोग करने का विचार पहली बार 1989 में बर्नहैम और डुग्गन द्वारा नोट किया गया था।[14] उस समय क्वांटम डॉट्स या "वेल्स" का विज्ञान अपनी प्रारंभिक अवस्था में था और प्रारंभिक उदाहरण अभी उपलब्ध हो रहे थे।

डीएसएससी प्रयास

एक अन्य आधुनिक सेल डिज़ाइन डाई-सेंसिटाइज़्ड सोलर सेल या डीएसएससी है। डीएसएससी अर्धचालक वाल्व के साथ-साथ एक यांत्रिक समर्थन संरचना के रूप में TiO
2 की स्पंज जैसी परत का उपयोग करते हैं। निर्माण के समय स्पंज को एक कार्बनिक डाई से भर दिया जाता है, विशेष रूप से रूथेनियम-पॉलीपीरिडीन, जो फोटोएक्सिटेशन पर टाइटेनियम डाइऑक्साइड में इलेक्ट्रॉनों को इंजेक्ट करता है।[15] डाई अपेक्षाकृत मूल्यवान है और रूथेनियम एक दुर्लभ धातु है। [16]


डीएसएससी अनुसंधान के प्रारंभिक दिनों से आणविक रंगों के विकल्प के रूप में क्वांटम डॉट्स का उपयोग करने पर विचार किया गया था। बैंडगैप को ट्यून करने की क्षमता ने डिजाइनर को सेल के अन्य भागों के लिए व्यापक प्रकार की पदार्थ का चयन करने की अनुमति दी। टोरंटो विश्वविद्यालय और इकोले पॉलीटेक्निक फेडेरेल डी लॉज़ेन के सहयोगी समूहों ने क्वांटम डॉट्स की फिल्म के साथ सीधे संपर्क में रियर इलेक्ट्रोड के आधार पर डिज़ाइन विकसित किया इलेक्ट्रोलाइट को नष्ट कर दिया और ख़राब विषमता का निर्माण किया। ये सेल 7.0% दक्षता तक पहुँचे जो सर्वोत्तम ठोस-अवस्था डीएसएससी उपकरणों से उत्तम है किंतु तरल इलेक्ट्रोलाइट्स पर आधारित उन से कम है।[11]

बहु -जंक्शन

परंपरागत रूप से, बहु -जंक्शन सोलर सेल कई अर्धचालक सामग्रियों के संग्रह से बनाए जाते हैं। क्योंकि प्रत्येक पदार्थ का अलग बैंड गैप होता है प्रत्येक पदार्थ का p-n जंक्शन प्रकाश की अलग आने वाली तरंग दैर्ध्य के लिए अनुकूलित किया जाएगा। कई सामग्रियों का उपयोग तरंग दैर्ध्य की विस्तृत श्रृंखला के अवशोषण को सक्षम बनाता है, जिससे सेल की विद्युत रूपांतरण दक्षता बढ़ जाती है।

चूँकि कई सामग्रियों का उपयोग बहु-जंक्शन सौर कोशिकाओं को कई व्यावसायिक उपयोगों के लिए बहुत मूल्यवान बनाता है।[17] क्योंकि क्वांटम डॉट्स के बैंड गैप को कण त्रिज्या को समायोजित करके ट्यून किया जा सकता है बहु -जंक्शन सेल को विभिन्न आकारों (और इसलिए अलग बैंड गैप) के क्वांटम डॉट अर्धचालक्स को सम्मिलित करके निर्मित किया जा सकता है। समान पदार्थ का उपयोग करने से निर्माण निवेश कम होती है[18] और शॉर्ट-सर्किट धारा और समग्र सेल दक्षता बढ़ाने के लिए क्वांटम डॉट्स के वर्धित अवशोषण स्पेक्ट्रम का उपयोग किया जा सकता है।

कैडमियम टेल्यूराइड (सीडीटीई) का उपयोग उन कोशिकाओं के लिए किया जाता है जो कई आवृत्तियों को अवशोषित करती हैं। इन क्रिस्टलों का कोलाइडल निलंबन सब्सट्रेट पर स्पिन-कास्ट होता है जैसे कि पतली कांच की स्लाइड प्रवाहकीय बहुलक में पॉटेड इन कोशिकाओं ने क्वांटम डॉट्स का उपयोग नहीं किया किंतु उनके साथ सुविधाओं को साझा किया जैसे स्पिन-कास्टिंग और पतली फिल्म कंडक्टर का उपयोग कम उत्पादन मापदंड पर क्वांटम डॉट्स बड़े मापदंड पर उत्पादित नैनोक्रिस्टल की तुलना में अधिक मूल्यवान हैं किंतु कैडमियम और टेल्यूराइड (रसायन विज्ञान) दुर्लभ और अत्यधिक विषाक्त धातुएं हैं जो मूल्य में उतार-चढ़ाव के अधीन हैं।

सार्जेंट ग्रुप ने रिकॉर्ड-दक्षता आईआर सौर कोशिकाओं का उत्पादन करने के लिए इन्फ्रारेड-संवेदनशील इलेक्ट्रॉन दाता के रूप में लीड सल्फाइड का उपयोग किया। स्पिन-कास्टिंग बहुत कम निवेश पर अग्रानुक्रम कोशिकाओं के निर्माण की अनुमति दे सकती है। मूल कोशिकाओं ने इलेक्ट्रोड के रूप में सोने के सब्सट्रेट का उपयोग किया चूँकि निकल भी काम करता है।[19]

हॉट-कैरियर कैप्चर

एकल-बैंडगैप पदार्थ से उत्सर्जित होने पर दक्षता में सुधार करने का अन्य विधि इलेक्ट्रॉन में अतिरिक्त ऊर्जा को पकड़ना है। सिलिकॉन जैसी पारंपरिक सामग्रियों में उत्सर्जन स्थल से इलेक्ट्रोड तक की दूरी जहां उन्हें काटा जाता है ऐसा होने की अनुमति देने के लिए बहुत दूर है; इलेक्ट्रॉन क्रिस्टल पदार्थ और जाली के साथ कई अन्योन्यक्रियाओं से गुजरेगा इस अतिरिक्त ऊर्जा को ऊष्मा के रूप में छोड़ देगा। अनाकार पतली-फिल्म सिलिकॉन को विकल्प के रूप में आजमाया गया था किंतु इन सामग्रियों में निहित दोषों ने उनके संभावित लाभ को अभिभूत कर दिया। पारंपरिक सिलिकॉन की तुलना में आधुनिक पतली-फिल्म कोशिकाएं सामान्यतः कम कुशल रहती हैं।

नैनोसंरचित दाताओं को समान फिल्मों के रूप में डाला जा सकता है जो दोषों की समस्याओं से बचते हैं।[20] ये क्वांटम डॉट्स में निहित अन्य उद्देश्यों विशेष रूप से प्रतिरोधकता के उद्देश्यों और गर्मी प्रतिधारण के अधीन होंगे।

एकाधिक उत्तेजना

Main article: एकाधिक एक्साइटन पीढ़ी

शॉक्ले-क्विसर सीमा जो एकल-परत फोटोवोल्टिक सेल की अधिकतम दक्षता को 33.7% निर्धारित करती है मानती है कि आने वाले फोटॉन प्रति केवल इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़ी (एक्सिटोन) उत्पन्न की जा सकती है। एकाधिक एक्साइटन जेनरेशन (एमईजी) एक्साइटन रिलैक्सेशन पाथवे है जो प्रति आने वाले उच्च ऊर्जा फोटॉन में दो या दो से अधिक एक्साइटन उत्पन्न करने की अनुमति देता है।[21] पारंपरिक फोटोवोल्टिक्स में यह अतिरिक्त ऊर्जा विस्तृत पदार्थ में जाली कंपन (इलेक्ट्रॉन-फोनन युग्मन) के रूप में खो जाती है। एमईजी तब होता है जब इस अतिरिक्त ऊर्जा को बैंड गैप में अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित करने के लिए स्थानांतरित किया जाता है जहां वे शॉर्ट-सर्किट वर्तमान घनत्व में योगदान कर सकते हैं।

क्वांटम डॉट्स के अंदर क्वांटम कारावास कूपलॉम्बिक इंटरैक्शन को बढ़ाता है जो एमईजी प्रक्रिया को संचालित करता है।[22] यह घटना इलेक्ट्रॉन-फोनन युग्मन की दर को भी कम करती है, जो विस्तृत अर्धचालक्स में एक्सिटोन रिलैक्सेशन की प्रमुख विधि है। फोनन अड़चन गर्म वाहक शीतलन की दर को धीमा कर देती है जो उत्तेजनाओं को विश्राम के अन्य मार्गों को आगे बढ़ाने की अनुमति देती है; यह एमईजी को क्वांटम डॉट सोलर सेल में प्रभावित होने की अनुमति देता है। एमईजी की दर को क्वांटम डॉट लिगैंड केमिस्ट्री के साथ-साथ क्वांटम डॉट पदार्थ और ज्यामिति को बदलकर अनुकूलित किया जा सकता है।

2004 में लॉस अलामोस नेशनल लेबोरेटरी ने स्पेक्ट्रोस्कोपिक साक्ष्य की सूचना दी कि क्वांटम डॉट में एकल ऊर्जावान फोटॉन के अवशोषण पर कई एक्साइटन कुशलता से उत्पन्न हो सकते हैं।[23] उन्हें पकड़ने से सूर्य के प्रकाश में अधिक ऊर्जा प्राप्त होगी। इस दृष्टिकोण में वाहक गुणन (सीएम) या एकाधिक एक्साइटन पीढ़ी (एमईजी) के रूप में जाना जाता है क्वांटम डॉट को उच्च ऊर्जा पर जोड़ी के अतिरिक्त कम ऊर्जा पर कई इलेक्ट्रॉन-होल जोड़े जारी करने के लिए ट्यून किया जाता है। यह बढ़े हुए फोटोधारा के माध्यम से दक्षता बढ़ाता है। एलएएनएल के बिंदु लेड (IIलीड (द्वितीय) सेलेनाइड से बनाए गए थे।

2010 में व्योमिंग विश्वविद्यालय ने डीसीसीएस कोशिकाओं का उपयोग करके इसी तरह के प्रदर्शन का प्रदर्शन किया। लीड-सल्फर (पीबीएस) डॉट्स ने दो-इलेक्ट्रॉन इजेक्शन का प्रदर्शन किया जब आने वाले फोटॉनों में बैंडगैप ऊर्जा का लगभग तीन गुना था।[24]

2005 में एनआरईएल ने क्वांटम डॉट्स में एमईजी का प्रदर्शन किया प्रति फोटॉन तीन इलेक्ट्रॉनों का उत्पादन किया और 65% की सैद्धांतिक दक्षता[25] 2007 में उन्होंने सिलिकॉन में समान परिणाम प्राप्त किया है।[26]

गैर ऑक्सीकरण

2014 में टोरंटो विश्वविद्यालय के समूह ने विशेष उपचार के साथ पीबीएस का उपयोग करके प्रकार की सीक्यूडी n-टाइप सेल का निर्माण और प्रदर्शन किया जिससे यह ऑक्सीजन के साथ बंध न जाए। सेल ने 8% दक्षता प्राप्त की जो वर्तमान क्यूडी दक्षता सूची से थोड़ा ही कम है। ऐसी कोशिकाएं अलेपित स्प्रे-ऑन कोशिकाओं की संभावना उत्पन्न करती हैं।[27][28] चूँकि ये वायु-स्थिर एन-प्रकार सीक्यूडी वास्तव में ऑक्सीजन मुक्त वातावरण में निर्मित थे।

इसके अतिरिक्त 2014 में, एमआईटी के अन्य शोध समूह ने वायु-स्थिर जेडएनओ/पीबीएस सौर कोशिकाओं का प्रदर्शन किया जो हवा में गढ़े गए थे और प्रमाणित 8.55% सूची दक्षता (प्रयोगशाला में 9.2%) प्राप्त की थी क्योंकि वे प्रकाश को अच्छी तरह से अवशोषित करते थे, जबकि संग्राहकों को चार्ज भी परिवहन करते थे। कोशिका का किनारा[29] ये सेल क्वांटम डॉट सोलर सेल के लिए अभूतपूर्व वायु-स्थिरता दिखाते हैं कि हवा में संचयन के 150 दिनों से अधिक समय तक प्रदर्शन अपरिवर्तित रहा है ।[12]

बाजार परिचय

वाणिज्यिक प्रदाता

चूँकि क्वांटम डॉट सोलर सेल अभी तक बड़े मापदंड पर व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य नहीं हैं कई छोटे वाणिज्यिक प्रदाताओं ने क्वांटम डॉट फोटोवोल्टिक उत्पादों का विपणन प्रारंभ कर दिया है। निवेशकों और वित्तीय विश्लेषकों ने क्वांटम डॉट फोटोवोल्टिक्स की पहचान सौर उद्योग के लिए महत्वपूर्ण भविष्य की विधि के रूप में की है।[30]

  • क्वांटम पदार्थ कॉर्प (क्यूएमसी) और सहायक सोल्टर्रा नवीकरणीय प्रौद्योगिकियां सौर ऊर्जा और प्रकाश अनुप्रयोगों में उपयोग के लिए क्वांटम डॉट्स और नैनोपदार्थ का विकास और निर्माण कर रहे हैं। पेरोसाइट क्वांटम डॉट्स के लिए उनकी पेटेंटेड निरंतर प्रवाह उत्पादन प्रक्रिया के साथ[31] क्यूएमसी अन्य उभरते उद्योगों में अपने नैनो पदार्थों को प्रयुक्त करने के अतिरिक्त क्वांटम डॉट सौर सेल उत्पादन की निवेश कम करने की उम्मीद करता है।
  • क्यूडी सोलर बहु -जंक्शन सोलर सेल बनाने के लिए क्वांटम डॉट्स के ट्यून करने योग्य बैंड गैप का लाभ उठाता है। क्वांटम डॉट्स से बने इन्फ्रारेड सोलर सेल के साथ कुशल सिलिकॉन सोलर सेल का संयोजन करके क्यूडी सोलर का लक्ष्य सौर स्पेक्ट्रम का अधिक से अधिक उत्पादन करना है। क्यूडी सोलर के अकार्बनिक क्वांटम डॉट्स को उच्च-थ्रूपुट और निवेश प्रभावी विधियों के साथ संसाधित किया जाता है और ये पॉलीमेरिक नैनोपदार्थ की तुलना में अधिक हल्के और हवा में स्थिर होते हैं।
  • यूबीक्यूडी फ्लोरोफोरस के रूप में क्वांटम डॉट्स का उपयोग करके फोटोवोल्टिक विंडो विकसित कर रहा है। उन्होंने निकट-अवरक्त क्वांटम डॉट्स का उपयोग करके ल्यूमिनेसेंट सोलर कंसंट्रेटर (एलएससी) डिज़ाइन किया है जो पारंपरिक विकल्पों की तुलना में सस्ता और कम विषाक्त है। यूबीक्यूडी अर्ध-पारदर्शी विंडो प्रदान करने की उम्मीद करता है जो निष्क्रिय इमारतों को ऊर्जा उत्पादन इकाइयों में परिवर्तित करती हैं साथ ही इमारत के ताप लाभ को कम करती हैं।
  • एमएल प्रणाली एसए वारसॉ स्टॉक एक्सचेंज में सूचीबद्ध बिल्डिंग-इंटीग्रेटेड फोटोवोल्टिक्स निर्माता 2020 और 2021 के बीच अपने क्वांटमग्लास उत्पाद का वॉल्यूम उत्पादन प्रारंभ करने का अभिप्राय रखता है।[32][33]

सुरक्षा चिंताएं

कई भारी-मेटल क्वांटम डॉट (सीसा/कैडमियम चॉकोजेनाइड्स जैसे पीबीएसई, सीडीएसई) अर्धचालक साइटोटॉक्सिक हो सकते हैं और एक्सपोजर को रोकने के लिए स्थिर बहुलक खोल में समझाया जाना चाहिए। गैर विषैले क्वांटम डॉट पदार्थ जैसे AgBiS2 उनकी सुरक्षा और प्रचुरता के कारण नैनोक्रिस्टल का पता लगाया गया है; इन सामग्रियों के आधार पर सौर कोशिकाओं के साथ अन्वेषण ने तुलनीय रूपांतरण क्षमता (> 9%) और शॉर्ट-सर्किट वर्तमान घनत्व (> 27 mA/cm2) का प्रदर्शन किया है।).[34][35] यूबीआईक्यूडी का CuInSe2−X क्वांटम डॉट पदार्थ गैर विषैले अर्धचालक यौगिक का और उदाहरण है।

यह भी देखें

संदर्भ

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बाहरी संबंध

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