सौर ऊर्जा उत्पादन, एक प्रमुख स्वच्छ ऊर्जा समाधान के रूप में, उद्योग जगत का काफी ध्यान आकर्षित कर रहा है। यदि आप रुचि रखते हैं, तो आइए सौर सेल की संरचना और संबंधित फोटोवोल्टिक सामग्रियों के बारे में विस्तार से जानें।
सौर ऊर्जा उत्पादन, जिसे अक्सर सौर सेल कहा जाता है, सूर्य के प्रकाश को सीधे बिजली में परिवर्तित करता है। सौर पैनलों में, सूर्य से आने वाले फोटॉन अर्धचालक पदार्थों के परमाणु बंधों से इलेक्ट्रॉनों को विस्थापित करते हैं। जब ये इलेक्ट्रॉन एक ही दिशा में गति करने के लिए विवश होते हैं, तो वे एक विद्युत धारा उत्पन्न करते हैं जो या तो इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को शक्ति प्रदान कर सकती है या विद्युत ग्रिड में आपूर्ति की जा सकती है।
सन् 1839 में फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी एलेक्जेंडर-एडमंड बेकरेल द्वारा फोटोवोल्टाइक प्रौद्योगिकी का पहला सिद्धांत प्रस्तुत किए जाने के बाद से, सौर ऊर्जा उत्पादन अनुसंधान का एक प्रमुख विषय रहा है। आज, अमेरिका, जापान और यूरोप की प्रमुख अनुसंधान टीमें अपने सौर प्रणालियों के व्यावसायीकरण में तेजी ला रही हैं, जिससे फोटोवोल्टाइक उद्योग का अंतरराष्ट्रीय बाजार लगातार विस्तार कर रहा है।
फोटोवोल्टिक मॉड्यूल
हालांकि फोटोवोल्टिक प्रणालियों में प्रयुक्त सामग्री भिन्न-भिन्न हो सकती है, लेकिन सभी मॉड्यूल सामने से पीछे तक कई परतों से बने होते हैं। सूर्य का प्रकाश पहले एक सुरक्षात्मक परत (आमतौर पर कांच) से होकर गुजरता है, फिर एक पारदर्शी संपर्क परत से होकर सेल के भीतर प्रवेश करता है। मॉड्यूल के केंद्र में अवशोषक सामग्री होती है, जो विद्युत धारा उत्पन्न करने के लिए फोटॉनों को ग्रहण करती है। उपयोग की जाने वाली अर्धचालक सामग्री का प्रकार फोटोवोल्टिक प्रणाली की विशिष्ट आवश्यकताओं पर निर्भर करता है।
अवशोषक पदार्थ के नीचे धातु की एक परत होती है, जो विद्युत परिपथ को पूरा करती है। धातु की परत के नीचे एक मिश्रित फिल्म परत होती है, जो मॉड्यूल को जलरोधी और इन्सुलेट करती है। फोटोवोल्टिक मॉड्यूल में अक्सर कांच, एल्यूमीनियम मिश्र धातु या प्लास्टिक से बनी एक अतिरिक्त सुरक्षात्मक परत भी लगी होती है।
अर्धचालक सामग्री
फोटोवोल्टेइक प्रणालियों में अर्धचालक पदार्थ सिलिकॉन, पॉलीक्रिस्टलाइन पतली फिल्म या मोनोक्रिस्टलाइन पतली फिल्म हो सकते हैं। सिलिकॉन पदार्थों में मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन, पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन और अनाकार सिलिकॉन शामिल हैं। अपनी नियमित संरचना के कारण, मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन की फोटोवोल्टेइक रूपांतरण दक्षता पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन से अधिक होती है।
अनाकार सिलिकॉन में, सिलिकॉन परमाणु अनियमित रूप से वितरित होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप एकक्रिस्टलीय सिलिकॉन की तुलना में रूपांतरण दक्षता कम होती है। हालांकि, अनाकार सिलिकॉन अधिक फोटॉन को ग्रहण कर सकता है, और इसे जर्मेनियम या कार्बन जैसे तत्वों के साथ मिश्रित करने से यह गुण बढ़ सकता है।
कॉपर इंडियम डाइसेलेनाइड (CIS), कैडमियम टेल्यूराइड (CdTe) और पतली-फिल्म सिलिकॉन आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले बहुक्रिस्टलीय पतली-फिल्म पदार्थ हैं। गैलियम आर्सेनाइड (GaAs) जैसे उच्च-दक्षता वाले पदार्थों में अक्सर मोनोक्रिस्टलीय सिलिकॉन पतली फिल्मों का समावेश होता है। इन पदार्थों का चयन विशिष्ट फोटोवोल्टिक अनुप्रयोगों के लिए उनकी अनूठी विशेषताओं जैसे क्रिस्टलीयता, बैंड गैप का आकार, अवशोषण क्षमता और प्रसंस्करण में आसानी के आधार पर किया जाता है।
अर्धचालकों को प्रभावित करने वाले बाह्य कारक
क्रिस्टल संरचना में परमाणुओं की व्यवस्था अर्धचालक पदार्थों की क्रिस्टलीयता निर्धारित करती है, जो सौर सेल के आवेश परिवहन, धारा घनत्व और ऊर्जा रूपांतरण दक्षता को सीधे प्रभावित करती है। अर्धचालक पदार्थों का बैंड गैप इलेक्ट्रॉनों को बंधी हुई अवस्था से मुक्त अवस्था में स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक न्यूनतम ऊर्जा को दर्शाता है (जिससे चालन संभव हो पाता है)। बैंड गैप, जिसे आमतौर पर Eg से दर्शाया जाता है, संयोजकता बैंड (कम ऊर्जा) और चालन बैंड (उच्च ऊर्जा) के बीच ऊर्जा अंतर को दर्शाता है।
अवशोषण गुणांक उस दूरी को मापता है जिसके भीतर एक विशिष्ट तरंगदैर्ध्य का फोटॉन अवशोषित होने से पहले किसी माध्यम में प्रवेश कर सकता है। यह कोशिका की सामग्री और अवशोषित फोटॉन की तरंगदैर्ध्य द्वारा निर्धारित होता है।
विभिन्न अर्धचालक पदार्थों और उपकरणों के प्रसंस्करण की लागत और सुगमता कई कारकों पर निर्भर करती है, जिनमें उपयोग किए गए पदार्थों का प्रकार और मात्रा, उत्पादन चक्र और निक्षेपण कक्ष में सेल की गति संबंधी विशेषताएं शामिल हैं। प्रत्येक कारक विशिष्ट फोटोवोल्टिक ऊर्जा उत्पादन आवश्यकताओं को पूरा करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।
