एक प्रमुख स्वच्छ ऊर्जा उपाय म्हणून सौर ऊर्जा निर्मितीने उद्योगाचे लक्ष वेधून घेतले आहे. जर तुम्हाला यात रस असेल, तर चला आपण सौर पेशींची रचना आणि संबंधित फोटोव्होल्टेइक सामग्रीबद्दल सविस्तर जाणून घेऊया.
सौर ऊर्जा निर्मिती, जिला अनेकदा 'सौर पेशी' (solar cells) म्हटले जाते, सूर्यप्रकाशाचे थेट विजेमध्ये रूपांतर करते. सौर पॅनेलमध्ये, सूर्यापासून येणारे फोटॉन अर्धसंवाहक पदार्थांच्या अणूबंधांमधून इलेक्ट्रॉनला विस्थापित करतात. जेव्हा या इलेक्ट्रॉनना एकाच दिशेने जाण्यास भाग पाडले जाते, तेव्हा ते एक विद्युत प्रवाह निर्माण करतात, जो एकतर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांना ऊर्जा देण्यासाठी वापरला जाऊ शकतो किंवा विद्युत ग्रीडमध्ये जोडला जाऊ शकतो.
१८३९ मध्ये फ्रेंच भौतिकशास्त्रज्ञ अलेक्झांद्र-एडमंड बेक्वेरेल यांनी फोटोव्होल्टेइक तंत्रज्ञानाचा सिद्धांत मांडल्यापासून, सौर ऊर्जा निर्मिती हा संशोधनाचा एक प्रमुख विषय राहिला आहे. आज, अमेरिका, जपान आणि युरोपमधील प्रमुख संशोधन गट त्यांच्या सौर प्रणालींच्या व्यापारीकरणाला गती देत असल्यामुळे, फोटोव्होल्टेइक उद्योगासाठी आंतरराष्ट्रीय बाजारपेठ सतत विस्तारत आहे.
फोटोव्होल्टेइक मॉड्यूल
फोटोव्होल्टेइक प्रणालींमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या सामग्रीमध्ये विविधता असली तरी, सर्व मॉड्यूल्स समोरच्या बाजूपासून मागच्या बाजूपर्यंत अनेक थरांचे बनलेले असतात. सूर्यप्रकाश प्रथम एका संरक्षक थरातून (सहसा काच) आणि नंतर एका पारदर्शक संपर्क थरातून थेट सेलमध्ये जातो. मॉड्यूलच्या मध्यभागी शोषक सामग्री असते, जी विद्युत प्रवाह निर्माण करण्यासाठी फोटॉन्स शोषून घेते. वापरल्या जाणाऱ्या सेमीकंडक्टर सामग्रीचा प्रकार फोटोव्होल्टेइक प्रणालीच्या विशिष्ट गरजांवर अवलंबून असतो.
शोषक पदार्थाच्या खाली धातूचा मागील थर असतो, जो विद्युत परिपथ पूर्ण करतो. धातूच्या थराच्या खाली एक संमिश्र फिल्मचा थर असतो, जो मॉड्यूलला जलरोधक आणि उष्णतारोधक बनवतो. फोटोव्होल्टेइक मॉड्यूल्सना अनेकदा काच, ॲल्युमिनियम मिश्रधातू किंवा प्लॅस्टिकपासून बनवलेला एक अतिरिक्त संरक्षक मागील थर लावलेला असतो.
सेमीकंडक्टर मटेरियल
फोटोव्होल्टेइक प्रणालींमधील अर्धसंवाहक पदार्थ सिलिकॉन, पॉलिक्रिस्टलाइन पातळ थर किंवा मोनोक्रिस्टलाइन पातळ थर असू शकतात. सिलिकॉन पदार्थांमध्ये मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन, पॉलिक्रिस्टलाइन सिलिकॉन आणि अमॉर्फस सिलिकॉन यांचा समावेश होतो. मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉनची फोटोव्होल्टेइक रूपांतरण कार्यक्षमता, त्याच्या नियमित संरचनेमुळे, पॉलिक्रिस्टलाइन सिलिकॉनपेक्षा जास्त असते.
अस्फटिक सिलिकॉनमध्ये, सिलिकॉनचे अणू यादृच्छिकपणे वितरित झालेले असतात, ज्यामुळे एकस्फटिक सिलिकॉनच्या तुलनेत त्याची रूपांतरण कार्यक्षमता कमी असते. तथापि, अस्फटिक सिलिकॉन अधिक फोटॉन पकडू शकते आणि जर्मेनियम किंवा कार्बनसारख्या मूलद्रव्यांसोबत त्याचे संमिश्रण केल्याने हा गुणधर्म वाढवता येतो.
कॉपर इंडियम डायसेलेनाइड (CIS), कॅडमियम टेल्युराइड (CdTe), आणि थिन-फिल्म सिलिकॉन हे सामान्यतः वापरले जाणारे पॉलीक्रिस्टलाइन थिन-फिल्म पदार्थ आहेत. गॅलियम आर्सेनाइड (GaAs) सारख्या उच्च-कार्यक्षमतेच्या पदार्थांमध्ये अनेकदा मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन थिन फिल्म्सचा समावेश असतो. क्रिस्टलीयता, बँड गॅपचा आकार, शोषण क्षमता आणि प्रक्रियेतील सुलभता यांसारख्या अद्वितीय गुणधर्मांच्या आधारावर, विशिष्ट फोटोव्होल्टेइक अनुप्रयोगांसाठी या पदार्थांची निवड केली जाते.
सेमीकंडक्टरवर परिणाम करणारे बाह्य घटक
स्फटिक संरचनेतील अणूंची मांडणी अर्धसंवाहक पदार्थांची स्फटिकता ठरवते, ज्याचा सौर पेशींच्या चार्ज वहन, विद्युत प्रवाह घनता आणि ऊर्जा रूपांतरण कार्यक्षमतेवर थेट परिणाम होतो. अर्धसंवाहक पदार्थांमधील बँड गॅप म्हणजे इलेक्ट्रॉनला बद्ध अवस्थेतून मुक्त अवस्थेत हलवण्यासाठी लागणारी किमान ऊर्जा (ज्यामुळे वहन शक्य होते). बँड गॅप, जी सामान्यतः Eg ने दर्शविली जाते, ती व्हॅलेन्स बँड (कमी ऊर्जा) आणि कंडक्शन बँड (उच्च ऊर्जा) यांच्यातील ऊर्जेचा फरक दर्शवते.
शोषण गुणांक हा, विशिष्ट तरंगलांबीचा फोटॉन शोषला जाण्यापूर्वी माध्यमातून किती अंतर पार करू शकतो, हे मोजतो. तो पेशीच्या पदार्थावर आणि शोषल्या जाणाऱ्या फोटॉनच्या तरंगलांबीवर अवलंबून असतो.
विविध सेमीकंडक्टर सामग्री आणि उपकरणांवर प्रक्रिया करण्याचा खर्च आणि सुलभता अनेक घटकांवर अवलंबून असते, ज्यामध्ये वापरलेल्या सामग्रीचा प्रकार आणि प्रमाण, उत्पादन चक्रे आणि निक्षेपण कक्षातील सेलची स्थलांतर वैशिष्ट्ये यांचा समावेश होतो. विशिष्ट फोटोव्होल्टेइक निर्मितीच्या गरजा पूर्ण करण्यासाठी प्रत्येक घटक महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावतो.
