Perovskite Solar Cells Achieve Over 26% Efficiency and 20-Year Lifespan: The Next Revolution in Solar Technology (26% से अधिक दक्षता और 20 साल की आयु: अगली पीढ़ी के पेरोव्स्काइट सौर सेल से सौर ऊर्जा में क्रांति)

The relentless pursuit of clean, renewable energy solutions has led to a groundbreaking development in solar technology: next-generation printable perovskite solar cells. These advanced cells, developed by researchers at the City University of Hong Kong (CityUHK), boast remarkable quantitative achievements, including over 26% power conversion efficiency and an estimated lifespan of over 20 years. These innovations not only offer higher efficiency and stability compared to traditional silicon-based solar cells but also promise significantly lower production costs, scalability, and a reduced carbon footprint.

Solar Energy’s Role in Addressing Climate Change

With global temperatures on the rise and the impacts of climate change becoming more severe, the transition to low-carbon, renewable energy sources is imperative. Solar energy, which harnesses sunlight to generate electricity, is a cornerstone of this transition. Unlike fossil fuels, solar power produces no greenhouse gas emissions during operation, making it a crucial player in the global effort to mitigate climate change.

However, the current solar energy market is dominated by silicon-based technologies, which present several challenges. Silicon solar cells, while effective, are expensive to produce, requiring temperatures exceeding 1,000°C for manufacturing, and involve energy-intensive processes. These factors not only increase the cost of solar energy but also limit the flexibility of silicon cells in terms of their application.

Perovskite Solar Cells: A Quantitative Leap Forward

Perovskite solar cells, named after the mineral perovskite, offer a promising alternative to silicon-based cells. The research team at CityUHK, led by Professor Alex Jen Kwanyue, has made significant strides in enhancing the performance and practicality of these cells. Their new generation of perovskite solar cells has achieved a power conversion efficiency of over 26% in laboratory conditions, positioning them at the forefront of solar technology. For comparison, traditional silicon-based solar cells typically achieve efficiencies between 15% and 22%.

Advancements in Stability: 20-Year Lifespan

Stability has long been a concern for perovskite solar cells, as they are susceptible to degradation under environmental factors such as humidity, temperature, and light exposure. However, the CityUHK research team has made remarkable progress in this area. Through accelerated aging tests, the team has demonstrated that their perovskite solar cells have an estimated operational lifetime of over 20 years. This level of durability is comparable to that of silicon-based solar cells, which typically offer a lifespan of 20 to 25 years.

Cost-Effective Manufacturing: Low-Temperature Printing

One of the most revolutionary aspects of the new perovskite solar cells is their low-cost manufacturing process. Unlike silicon cells, which require temperatures above 1,000°C, perovskite solar cells can be produced using a printing process at room temperatures as low as 100°C. This process involves the use of perovskite precursor inks, which can be easily coated and "printed" onto a substrate, forming thin polycrystalline perovskite films.

This low-temperature printing process offers several quantitative benefits:

- Energy Consumption: The energy required to produce perovskite solar cells is significantly lower than that needed for silicon cells, reducing the overall energy consumption during manufacturing.

- Production Costs: The lower energy requirements and simplified production steps result in a cost of energy that could be as little as half that of traditional silicon solar cells.

- Scalability: The ability to print these cells at low temperatures enables rapid mass production, akin to printing newspapers. This scalability is critical for meeting the growing global demand for solar energy.

Flexibility and Versatility: Expanding Applications

Perovskite solar cells are not only efficient and cost-effective but also highly versatile. Their superior mechanical flexibility allows them to be integrated into a wide range of applications that silicon cells cannot easily accommodate. For instance, perovskite cells can be used in building-integrated photovoltaics (BIPVs), such as semi-transparent solar cells for skyscraper windows, or in powering indoor Internet-of-Things (IoT) sensors and wearable electronics.

This flexibility is particularly important for urban environments, where space is limited and integrating solar cells into existing structures is challenging. With perovskite solar cells, it is possible to turn windows, walls, and even clothing into energy-generating surfaces.

Collaboration and Commercialization: 20MW Pilot Production Line

The development of these next-generation perovskite solar cells is not just a scientific achievement; it is a step toward large-scale commercialization. The CityUHK research team has received funding from the inaugural Research, Academic and Industry Sectors One-plus Scheme (RAISe+ Scheme) of the Innovation and Technology Commission of the Hong Kong Special Administrative Region (HKSAR) government. This funding is crucial for advancing the research and development of perovskite solar cells, with a focus on bringing them to market.

The team aims to establish a pilot production line with an annual capacity of 20MW within the next one and a half years. To put this into perspective, 20MW of solar energy can power approximately 4,000 to 5,000 average homes annually. This pilot production line will enable the research team to produce perovskite solar cells on a commercial scale, paving the way for widespread adoption.

Industry Collaboration: BIPV Products and Beyond

In addition to setting up the pilot production line, the CityUHK research team is collaborating with industry partners and investors to develop commercial-oriented perovskite solar products. One key partner is Abes Technology Group, an investor that shares the vision of integrating perovskite solar cells into various applications. Together, they are developing building-integrated photovoltaic products that incorporate perovskite solar cells, including solar tile decking, solar water floating decks, and exterior wall panels.

These products have the potential to revolutionize the way solar energy is integrated into urban environments, offering a seamless blend of functionality and aesthetics.

Environmental Impact: A Reduced Carbon Footprint

A significant advantage of perovskite solar cells is their reduced environmental impact compared to silicon-based cells. The energy-intensive manufacturing process of silicon cells contributes to their relatively high carbon footprint. In contrast, perovskite solar cells, with their low-temperature printing process, require significantly less energy to produce. This reduction in energy consumption during manufacturing translates into a lower carbon footprint for perovskite solar cells.

Furthermore, the materials used in perovskite solar cells are more abundant and less costly than the silicon used in traditional solar cells. This not only reduces the overall cost of solar energy but also makes perovskite cells a more sustainable option for large-scale adoption.

Challenges and Opportunities: The Path Forward

While the advancements in perovskite solar cell technology are impressive, there are still challenges to overcome before these cells can achieve widespread adoption. Ensuring the long-term stability of perovskite cells in real-world conditions remains a key challenge. Although the CityUHK research team has made significant progress in improving stability, further testing and development are needed to ensure that these cells can withstand outdoor environments over extended periods.

Scaling up production to meet global demand is another significant challenge. Establishing large-scale manufacturing facilities and supply chains will require substantial investment and collaboration between industry, academia, and government. Additionally, regulatory and market barriers need to be addressed, as perovskite solar cells must gain certification and approval from various regulatory bodies before they can be widely adopted.

However, the opportunities presented by perovskite solar cells are immense. The potential to produce high-efficiency solar cells at a lower cost and with a minimal carbon footprint could revolutionize the solar energy industry. As the world continues to transition to renewable energy sources, perovskite solar cells could play a critical role in meeting the growing demand for clean, sustainable energy.

Conclusion: A Quantitative Revolution in Solar Energy

The development of next-generation printable perovskite solar cells by the CityUHK research team represents a major breakthrough in the field of renewable energy. With a power conversion efficiency of over 26%, an estimated lifespan of over 20 years, and the ability to be manufactured at room temperatures as low as 100°C, these solar cells are poised to revolutionize the solar energy landscape.

As the research team works towards establishing a 20MW pilot production line and collaborating with industry partners, the commercialization of perovskite solar cells is becoming increasingly feasible. While challenges remain, the potential benefits of this technology far outweigh the obstacles, making perovskite solar cells a promising solution for the energy needs of the future.

In the coming years, we can expect to see perovskite solar cells being integrated into a wide range of applications, from building-integrated photovoltaics to wearable electronics and IoT devices. As this technology continues to evolve and mature, it will play a critical role in advancing the global transition to renewable energy and reducing the carbon footprint of our energy systems.

The future of solar energy is not just bright—it is quantitatively superior, with perovskite solar cells leading the way towards a cleaner, more sustainable world.
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26% से अधिक दक्षता और 20 साल की आयु: अगली पीढ़ी के पेरोव्स्काइट सौर सेल से सौर ऊर्जा में क्रांति

स्वच्छ और नवीकरणीय ऊर्जा समाधानों की लगातार खोज ने सौर प्रौद्योगिकी में एक महत्वपूर्ण विकास को जन्म दिया है: अगली पीढ़ी के प्रिंट करने योग्य पेरोव्स्काइट सौर सेल। हांगकांग के सिटी यूनिवर्सिटी (CityUHK) के शोधकर्ताओं द्वारा विकसित ये उन्नत सेल, 26% से अधिक बिजली रूपांतरण दक्षता और 20 साल से अधिक के जीवनकाल जैसी उल्लेखनीय उपलब्धियों के साथ, सौर ऊर्जा के क्षेत्र में क्रांतिकारी बदलाव लाने के लिए तैयार हैं। ये नवाचार न केवल पारंपरिक सिलिकॉन-आधारित सौर सेल की तुलना में उच्च दक्षता और स्थिरता प्रदान करते हैं, बल्कि उत्पादन लागत को भी कम करते हैं, स्केलेबिलिटी को बढ़ाते हैं, और एक कम कार्बन पदचिह्न को बनाए रखते हैं।

जलवायु परिवर्तन से निपटने में सौर ऊर्जा की भूमिका

ग्लोबल वार्मिंग के बढ़ते प्रभाव और जलवायु परिवर्तन की गंभीरता के साथ, कम कार्बन वाले, नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों की ओर स्थानांतरण अत्यंत महत्वपूर्ण हो गया है। सौर ऊर्जा, जो सूर्य की किरणों से बिजली उत्पन्न करती है, इस परिवर्तन का एक महत्वपूर्ण स्तंभ है। जीवाश्म ईंधन के विपरीत, सौर ऊर्जा के संचालन के दौरान कोई ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन नहीं होता, जो जलवायु परिवर्तन को कम करने के वैश्विक प्रयास में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है।

हालांकि, वर्तमान सौर ऊर्जा बाजार सिलिकॉन-आधारित प्रौद्योगिकियों द्वारा प्रभुत्व प्राप्त है, जो कई चुनौतियाँ प्रस्तुत करता है। सिलिकॉन सौर सेल, यद्यपि प्रभावी हैं, लेकिन इनका उत्पादन महंगा है, इसके लिए 1,000°C से अधिक तापमान की आवश्यकता होती है, और इन प्रक्रियाओं में काफी अधिक ऊर्जा लगती है। ये कारक न केवल सौर ऊर्जा की लागत बढ़ाते हैं बल्कि उनके उपयोग की लचीलापन को भी सीमित करते हैं।

पेरोव्स्काइट सौर सेल: एक संख्यात्मक छलांग

पेरोव्स्काइट सौर सेल, जो पेरोव्स्काइट खनिज के नाम पर रखे गए हैं, सिलिकॉन-आधारित सेल के लिए एक आशाजनक विकल्प प्रस्तुत करते हैं। CityUHK के प्रोफेसर एलेक्स जेन क्वान्यू की नेतृत्व वाली शोध टीम ने इन सेल के प्रदर्शन और व्यावहारिकता को बढ़ाने में महत्वपूर्ण प्रगति की है। उनकी नई पीढ़ी के पेरोव्स्काइट सौर सेल ने प्रयोगशाला स्थितियों में 26% से अधिक बिजली रूपांतरण दक्षता हासिल की है, जो इन्हें सौर प्रौद्योगिकी के अग्रणी स्थान पर रखती है। तुलना के लिए, पारंपरिक सिलिकॉन-आधारित सौर सेल आमतौर पर 15% से 22% दक्षता प्राप्त करते हैं।

स्थिरता में प्रगति: 20 साल का जीवनकाल

स्थिरता लंबे समय से पेरोव्स्काइट सौर सेल के लिए एक चिंता का विषय रही है, क्योंकि ये पर्यावरणीय कारकों जैसे नमी, तापमान, और प्रकाश के संपर्क में आने से गिरावट का शिकार होते हैं। हालांकि, CityUHK की शोध टीम ने इस क्षेत्र में उल्लेखनीय प्रगति की है। त्वरित उम्र बढ़ने के परीक्षणों के माध्यम से, टीम ने साबित किया है कि उनके पेरोव्स्काइट सौर सेल का अनुमानित ऑपरेशनल जीवनकाल 20 साल से अधिक है। यह स्थायित्व उन सिलिकॉन-आधारित सौर सेल के बराबर है, जो आमतौर पर 20 से 25 साल का जीवनकाल प्रदान करते हैं।

लागत प्रभावी निर्माण: कम तापमान पर प्रिंटिंग

नए पेरोव्स्काइट सौर सेल का सबसे क्रांतिकारी पहलू उनका कम लागत पर निर्माण प्रक्रिया है। सिलिकॉन सेल के विपरीत, जिन्हें 1,000°C से अधिक तापमान की आवश्यकता होती है, पेरोव्स्काइट सौर सेल को कमरे के तापमान पर 100°C तक के तापमान पर प्रिंटिंग प्रक्रिया द्वारा निर्मित किया जा सकता है। यह प्रक्रिया पेरोव्स्काइट प्रीकर्सर स्याही का उपयोग करती है, जिसे आसानी से कोट और "प्रिंट" करके एक सब्सट्रेट पर लगाया जा सकता है, जिससे पतली पॉलीक्रिस्टलाइन पेरोव्स्काइट फिल्में बनाई जाती हैं।

इस कम तापमान प्रिंटिंग प्रक्रिया के कई संख्यात्मक लाभ हैं:

- ऊर्जा खपत: पेरोव्स्काइट सौर सेल को बनाने के लिए आवश्यक ऊर्जा सिलिकॉन सेल की तुलना में काफी कम है, जिससे निर्माण के दौरान कुल ऊर्जा खपत कम होती है।

- उत्पादन लागत: कम ऊर्जा आवश्यकताओं और सरलीकृत उत्पादन चरणों के परिणामस्वरूप सौर ऊर्जा की लागत पारंपरिक सिलिकॉन सौर सेल की तुलना में आधी हो सकती है।

- स्केलेबिलिटी: इन सेल को कम तापमान पर प्रिंट करने की क्षमता तेजी से बड़े पैमाने पर उत्पादन की अनुमति देती है, जो सौर ऊर्जा की वैश्विक मांग को पूरा करने के लिए महत्वपूर्ण है।

लचीलापन और बहुमुखी प्रतिभा: विस्तारशील अनुप्रयोग

पेरोव्स्काइट सौर सेल न केवल कुशल और लागत प्रभावी हैं, बल्कि अत्यधिक बहुमुखी भी हैं। उनका उत्कृष्ट यांत्रिक लचीलापन उन्हें उन अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला में एकीकृत करने की अनुमति देता है, जहां सिलिकॉन सेल आसानी से समायोजित नहीं हो सकते। उदाहरण के लिए, पेरोव्स्काइट सेल का उपयोग भवन-एकीकृत फोटोनिक (BIPV) में किया जा सकता है, जैसे कि गगनचुंबी इमारतों की खिड़कियों के लिए अर्ध-पारदर्शी सौर सेल, या इनडोर इंटरनेट-ऑफ-थिंग्स (IoT) सेंसर और पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स को बिजली देने के लिए।

शहरी वातावरण के लिए, जहां स्थान सीमित है और मौजूदा संरचनाओं में सौर सेल का एकीकरण चुनौतीपूर्ण है, पेरोव्स्काइट सौर सेल का लचीलापन खिड़कियों, दीवारों और यहां तक ​​कि कपड़ों को ऊर्जा उत्पन्न करने वाली सतहों में बदलने की संभावना प्रदान करता है।

सहयोग और व्यावसायीकरण: 20 मेगावाट का पायलट उत्पादन लाइन

अगली पीढ़ी के पेरोव्स्काइट सौर सेल का विकास न केवल एक वैज्ञानिक उपलब्धि है, बल्कि बड़े पैमाने पर व्यावसायीकरण की दिशा में भी एक कदम है। CityUHK की शोध टीम को हांगकांग विशेष प्रशासनिक क्षेत्र (HKSAR) सरकार के नवाचार और प्रौद्योगिकी आयोग के अनुसंधान, शैक्षणिक और उद्योग क्षेत्रों के एक-प्लस योजना (RAISe+ योजना) से वित्त पोषण प्राप्त हुआ है। यह वित्त पोषण पेरोव्स्काइट सौर सेल के अनुसंधान और विकास को आगे बढ़ाने के लिए महत्वपूर्ण है, जिसमें बाजार में लाने पर ध्यान केंद्रित किया गया है।

टीम का उद्देश्य अगले डेढ़ वर्षों के भीतर 20 मेगावाट की वार्षिक क्षमता वाली पायलट उत्पादन लाइन स्थापित करना है। संदर्भ के लिए, 20 मेगावाट सौर ऊर्जा प्रति वर्ष लगभग 4,000 से 5,000 औसत घरों को बिजली प्रदान कर सकती है। यह पायलट उत्पादन लाइन शोध टीम को व्यावसायिक स्तर पर पेरोव्स्काइट सौर सेल का उत्पादन करने में सक्षम बनाएगी, जिससे व्यापक अपनाने की संभावना बढ़ जाएगी।

उद्योग सहयोग: BIPV उत्पाद और उससे आगे

पायलट उत्पादन लाइन की स्थापना के अलावा, CityUHK की शोध टीम उद्योग साझेदारों और निवेशकों के साथ मिलकर व्यावसायिक-उन्मुख पेरोव्स्काइट सौर उत्पादों को विकसित कर रही है। एक प्रमुख सहयोगी अबेस टेक्नोलॉजी ग्रुप है, जो एक निवेशक है जो पेरोव्स्काइट सौर सेल को विभिन्न अनुप्रयोगों में एकीकृत करने के दृष्टिकोण को साझा करता है। साथ में, वे पेरोव्स्काइट सौर सेल को शामिल करते हुए भवन-एकीकृत फोटोनिक उत्पादों को विकसित कर रहे हैं, जिनमें सौर टाइल डेकिंग, सौर जल तैरने वाले डेक, और बाहरी दीवार पैनल शामिल हैं।

ये उत्पाद शहरी वातावरण में सौर ऊर्जा को एकीकृत करने के तरीके में क्रांतिकारी बदलाव कर सकते हैं, कार्यक्षमता और सौंदर्यशास्त्र का एक सहज मिश्रण प्रदान करते हुए।

पर्यावरणीय प्रभाव: कम कार्बन पदचिह्न

सिलिकॉन-आधारित सेल की तुलना में पेरोव्स्काइट सौर सेल का एक महत्वपूर्ण लाभ उनके पर्यावरणीय प्रभाव में कमी है। सिलिकॉन सेल की निर्माण प्रक्रिया में ऊर्जा की तीव्र खपत

 होती है, जिससे उनका कार्बन पदचिह्न बढ़ जाता है। इसके विपरीत, पेरोव्स्काइट सौर सेल, अपने कम तापमान प्रिंटिंग प्रक्रिया के साथ, उत्पादन में काफी कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है। यह निर्माण के दौरान ऊर्जा खपत में कमी, पेरोव्स्काइट सौर सेल के लिए कम कार्बन पदचिह्न में बदल जाती है।

इसके अलावा, पेरोव्स्काइट सौर सेल में उपयोग की जाने वाली सामग्री अधिक प्रचुर मात्रा में और कम लागत वाली होती है, जो पारंपरिक सिलिकॉन सेल की तुलना में सौर ऊर्जा की कुल लागत को कम करती है और बड़े पैमाने पर अपनाने के लिए पेरोव्स्काइट सेल को एक अधिक टिकाऊ विकल्प बनाती है।

चुनौतियां और अवसर: आगे का रास्ता

हालांकि पेरोव्स्काइट सौर सेल प्रौद्योगिकी में प्रगति प्रभावशाली है, इन सेल को व्यापक अपनाने से पहले अभी भी चुनौतियों का सामना करना है। वास्तविक दुनिया की स्थितियों में पेरोव्स्काइट सेल की दीर्घकालिक स्थिरता सुनिश्चित करना एक प्रमुख चुनौती बनी हुई है। हालांकि CityUHK की शोध टीम ने स्थिरता में सुधार में महत्वपूर्ण प्रगति की है, लेकिन यह सुनिश्चित करने के लिए और परीक्षण और विकास की आवश्यकता है कि ये सेल विस्तारित अवधि के दौरान बाहरी वातावरण का सामना कर सकें।

वैश्विक मांग को पूरा करने के लिए उत्पादन का विस्तार करना एक और महत्वपूर्ण चुनौती है। बड़े पैमाने पर विनिर्माण सुविधाओं और आपूर्ति श्रृंखलाओं की स्थापना के लिए उद्योग, शिक्षा और सरकार के बीच पर्याप्त निवेश और सहयोग की आवश्यकता होगी। इसके अलावा, नियामक और बाजार बाधाओं को संबोधित करने की आवश्यकता है, क्योंकि पेरोव्स्काइट सौर सेल को व्यापक रूप से अपनाने से पहले विभिन्न नियामक निकायों से प्रमाणन और अनुमोदन प्राप्त करना होगा।

हालांकि, पेरोव्स्काइट सौर सेल द्वारा प्रस्तुत अवसर बहुत बड़े हैं। उच्च दक्षता वाले सौर सेल का उत्पादन करने की संभावना, कम लागत पर और न्यूनतम कार्बन पदचिह्न के साथ, सौर ऊर्जा उद्योग में क्रांति ला सकती है। जैसे-जैसे दुनिया नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों की ओर बढ़ रही है, पेरोव्स्काइट सौर सेल भविष्य की ऊर्जा आवश्यकताओं को पूरा करने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकते हैं।

निष्कर्ष: सौर ऊर्जा में संख्यात्मक क्रांति

CityUHK की शोध टीम द्वारा विकसित अगली पीढ़ी के प्रिंट करने योग्य पेरोव्स्काइट सौर सेल नवीकरणीय ऊर्जा के क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण प्रगति का प्रतिनिधित्व करते हैं। 26% से अधिक की बिजली रूपांतरण दक्षता, 20 साल से अधिक के अनुमानित जीवनकाल, और 100°C के कम तापमान पर निर्मित होने की क्षमता के साथ, ये सौर सेल सौर ऊर्जा परिदृश्य में क्रांति लाने के लिए तैयार हैं।

जैसे-जैसे शोध टीम 20 मेगावाट की पायलट उत्पादन लाइन स्थापित करने और उद्योग साझेदारों के साथ सहयोग करने की दिशा में काम कर रही है, पेरोव्स्काइट सौर सेल का व्यावसायीकरण अधिक से अधिक संभव होता जा रहा है। जबकि चुनौतियाँ बनी हुई हैं, इस तकनीक के संभावित लाभ बाधाओं की तुलना में कहीं अधिक हैं, जिससे पेरोव्स्काइट सौर सेल भविष्य की ऊर्जा आवश्यकताओं के लिए एक आशाजनक समाधान बन जाते हैं।

आने वाले वर्षों में, हम पेरोव्स्काइट सौर सेल को भवन-एकीकृत फोटोनिक से लेकर पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स और IoT उपकरणों तक के अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला में एकीकृत होते देख सकते हैं। जैसे-जैसे यह तकनीक विकसित और परिपक्व होती जाएगी, यह नवीकरणीय ऊर्जा की वैश्विक परिवर्तन को आगे बढ़ाने में और हमारी ऊर्जा प्रणालियों के कार्बन पदचिह्न को कम करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाएगी।

सौर ऊर्जा का भविष्य न केवल उज्ज्वल है, बल्कि यह संख्यात्मक रूप से श्रेष्ठ भी है, जिसमें पेरोव्स्काइट सौर सेल एक स्वच्छ, अधिक स्थायी दुनिया की ओर अग्रसर हैं।