સૌર ઉર્જા ઉત્પાદન, એક અગ્રણી સ્વચ્છ ઉર્જા ઉકેલ તરીકે, ઉદ્યોગનું નોંધપાત્ર ધ્યાન ખેંચ્યું છે. જો તમને રસ હોય, તો ચાલો સૌર કોષોની રચના અને સંબંધિત ફોટોવોલ્ટેઇક સામગ્રીમાં ડૂબકી લગાવીએ.
સૌર ઉર્જા ઉત્પાદન, જેને ઘણીવાર સૌર કોષો તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, તે સૂર્યપ્રકાશને સીધા વીજળીમાં રૂપાંતરિત કરે છે. સૌર પેનલમાં, સૂર્યમાંથી ફોટોન સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રીના અણુ બંધનમાંથી ઇલેક્ટ્રોનને દૂર કરે છે. જ્યારે આ ઇલેક્ટ્રોનને એક જ દિશામાં ખસેડવાની ફરજ પાડવામાં આવે છે, ત્યારે તેઓ એક વિદ્યુત પ્રવાહ ઉત્પન્ન કરે છે જે કાં તો ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોને પાવર આપી શકે છે અથવા વિદ્યુત ગ્રીડમાં ફીડ કરી શકે છે.
૧૮૩૯માં ફ્રેન્ચ ભૌતિકશાસ્ત્રી એલેક્ઝાન્ડ્રે-એડમંડ બેકરેલે સૌપ્રથમ ફોટોવોલ્ટેઇક ટેકનોલોજીનો સિદ્ધાંત રજૂ કર્યો ત્યારથી, સૌર ઉર્જા ઉત્પાદન સંશોધનનો મુખ્ય વિષય રહ્યો છે. આજે, યુએસ, જાપાન અને યુરોપની મુખ્ય સંશોધન ટીમો તેમના સૌર પ્રણાલીઓના વ્યાપારીકરણને વેગ આપી રહી છે, તેથી ફોટોવોલ્ટેઇક ઉદ્યોગ માટેનું આંતરરાષ્ટ્રીય બજાર વિસ્તરી રહ્યું છે.
ફોટોવોલ્ટેઇક મોડ્યુલ્સ
ફોટોવોલ્ટેઇક સિસ્ટમમાં સામગ્રી અલગ અલગ હોવા છતાં, બધા મોડ્યુલોમાં આગળની બાજુથી પાછળ સુધી અનેક સ્તરો હોય છે. સૂર્યપ્રકાશ પહેલા રક્ષણાત્મક સ્તર (સામાન્ય રીતે કાચ)માંથી પસાર થાય છે, પછી પારદર્શક સંપર્ક સ્તર દ્વારા કોષમાં જ જાય છે. મોડ્યુલના કેન્દ્રમાં શોષક સામગ્રી છે, જે વિદ્યુત પ્રવાહ ઉત્પન્ન કરવા માટે ફોટોનને કેપ્ચર કરે છે. ઉપયોગમાં લેવાતી સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રીનો પ્રકાર ફોટોવોલ્ટેઇક સિસ્ટમની ચોક્કસ જરૂરિયાતો પર આધાર રાખે છે.
શોષક સામગ્રીની નીચે પાછળનો ધાતુનો સ્તર છે, જે વિદ્યુત સર્કિટ પૂર્ણ કરે છે. ધાતુના સ્તરની નીચે એક સંયુક્ત ફિલ્મ સ્તર છે, જે મોડ્યુલને વોટરપ્રૂફ અને ઇન્સ્યુલેટ કરે છે. ફોટોવોલ્ટેઇક મોડ્યુલો ઘણીવાર કાચ, એલ્યુમિનિયમ એલોય અથવા પ્લાસ્ટિકમાંથી બનેલા વધારાના રક્ષણાત્મક બેકિંગ સ્તરથી સજ્જ હોય છે.
સેમિકન્ડક્ટર મટિરિયલ્સ
ફોટોવોલ્ટેઇક સિસ્ટમમાં સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રી સિલિકોન, પોલીક્રિસ્ટલાઇન થિન ફિલ્મ અથવા મોનોક્રિસ્ટલાઇન થિન ફિલ્મ હોઈ શકે છે. સિલિકોન સામગ્રીમાં મોનોક્રિસ્ટલાઇન સિલિકોન, પોલીક્રિસ્ટલાઇન સિલિકોન અને આકારહીન સિલિકોનનો સમાવેશ થાય છે. મોનોક્રિસ્ટલાઇન સિલિકોન, તેની નિયમિત રચના સાથે, પોલીક્રિસ્ટલાઇન સિલિકોન કરતાં ફોટોવોલ્ટેઇક રૂપાંતર કાર્યક્ષમતા વધારે છે.
આકારહીન સિલિકોનમાં, સિલિકોન પરમાણુઓ રેન્ડમલી વિતરિત થાય છે, જેના પરિણામે મોનોક્રિસ્ટલાઇન સિલિકોનની તુલનામાં રૂપાંતર કાર્યક્ષમતા ઓછી થાય છે. જો કે, આકારહીન સિલિકોન વધુ ફોટોન કેપ્ચર કરી શકે છે, અને તેને જર્મેનિયમ અથવા કાર્બન જેવા તત્વો સાથે મિશ્રિત કરવાથી આ ગુણધર્મમાં વધારો થઈ શકે છે.
કોપર ઇન્ડિયમ ડિસેલેનાઇડ (CIS), કેડમિયમ ટેલ્યુરાઇડ (CdTe), અને થિન-ફિલ્મ સિલિકોન સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતા પોલીક્રિસ્ટલાઇન થિન-ફિલ્મ મટિરિયલ્સ છે. ગેલિયમ આર્સેનાઇડ (GaAs) જેવી ઉચ્ચ-કાર્યક્ષમતા ધરાવતી મટિરિયલ્સમાં ઘણીવાર મોનોક્રિસ્ટલાઇન સિલિકોન થિન ફિલ્મનો સમાવેશ થાય છે. આ મટિરિયલ્સ સ્ફટિકીયતા, બેન્ડ ગેપ કદ, શોષણ ક્ષમતાઓ અને પ્રક્રિયામાં સરળતા જેવા અનન્ય ગુણધર્મોના આધારે ચોક્કસ ફોટોવોલ્ટેઇક એપ્લિકેશન્સ માટે પસંદ કરવામાં આવે છે.
સેમિકન્ડક્ટર્સને અસર કરતા બાહ્ય પરિબળો
સ્ફટિક માળખામાં અણુ ગોઠવણી સેમિકન્ડક્ટર પદાર્થોની સ્ફટિકીયતા નક્કી કરે છે, જે સૌર કોષોના ચાર્જ પરિવહન, વર્તમાન ઘનતા અને ઊર્જા રૂપાંતર કાર્યક્ષમતા પર સીધી અસર કરે છે. સેમિકન્ડક્ટર પદાર્થોનો બેન્ડ ગેપ ઇલેક્ટ્રોનને બંધ સ્થિતિમાંથી મુક્ત સ્થિતિમાં ખસેડવા માટે જરૂરી ન્યૂનતમ ઊર્જાનો સંદર્ભ આપે છે (વાહન માટે પરવાનગી આપે છે). બેન્ડ ગેપ, જેને સામાન્ય રીતે ઉદાહરણ તરીકે દર્શાવવામાં આવે છે, તે વેલેન્સ બેન્ડ (ઓછી ઊર્જા) અને વહન બેન્ડ (ઉચ્ચ ઊર્જા) વચ્ચેના ઊર્જા તફાવતનું વર્ણન કરે છે.
શોષણ ગુણાંક ચોક્કસ તરંગલંબાઇનો ફોટોન શોષાય તે પહેલાં માધ્યમમાં કેટલું અંતર પ્રવેશી શકે છે તેનું માપ કાઢે છે. તે કોષની સામગ્રી અને શોષિત ફોટોનની તરંગલંબાઇ દ્વારા નક્કી થાય છે.
વિવિધ સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રી અને ઉપકરણોની પ્રક્રિયા કરવાની કિંમત અને સરળતા અસંખ્ય પરિબળો પર આધાર રાખે છે, જેમાં વપરાયેલી સામગ્રીનો પ્રકાર અને સ્કેલ, ઉત્પાદન ચક્ર અને ડિપોઝિશન ચેમ્બરમાં કોષની સ્થળાંતર લાક્ષણિકતાઓનો સમાવેશ થાય છે. દરેક પરિબળ ચોક્કસ ફોટોવોલ્ટેઇક ઉત્પાદન જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરવામાં મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે.
