પાતળા ફિલ્મ સૌર કોષો

આજે બજારમાં 85% જેટલા સૌર કોષો સ્ફટિકીય સૌર મોડ્યુલો છે. જો કે, નિષ્ણાતો ખાતરી આપે છે કે સૌર કોષોના ઉત્પાદન માટે પાતળી-ફિલ્મ તકનીક વધુ કાર્યક્ષમ બની છે અને તેથી પહેલાથી જાણીતા ક્રિસ્ટલ મોડ્યુલોમાં સૌથી વધુ આશાસ્પદ છે.

પાતળી-ફિલ્મ તકનીકનો મુખ્ય ફાયદો તેની ઓછી કિંમત છે, તેથી જ તેની પાસે આગામી વર્ષોમાં નેતા બનવાની દરેક તક છે. શબ્દના શાબ્દિક અર્થમાં, નવા આધારના મોડ્યુલો સૌર પેનલ્સને લવચીક બનાવે છે. તેઓ હળવા અને લવચીક છે, જે તમને કપડાંની સપાટી સહિત શાબ્દિક રીતે કોઈપણ સપાટી પર આવી બેટરી મૂકવાની મંજૂરી આપે છે.

લવચીક સૌર કોષો પોલિમર ફિલ્મો, આકારહીન સિલિકોન, એલ્યુમિનિયમ, કેડમિયમ ટેલ્યુરાઇડ અને અન્ય સેમિકન્ડક્ટર પર આધારિત છે, જેનો ઉપયોગ મોબાઇલ ફોન, લેપટોપ, ટેબ્લેટ, વિડિયો કેમેરા અને અન્ય ગેજેટ્સ માટે પોર્ટેબલ ચાર્જરના ઉત્પાદનમાં પહેલાથી જ નાના ફોલ્ડેબલ સ્વરૂપમાં થાય છે. સૌર કોષો. પરંતુ જો વધુ પાવરની જરૂર હોય, તો મોડ્યુલનો વિસ્તાર મોટો હોવો જોઈએ.

પાતળા-ફિલ્મ સૌર કોષોના પ્રથમ નમૂનાઓ સબસ્ટ્રેટ પર જમા આકારહીન સિલિકોન સાથે બનાવવામાં આવ્યા હતા, અને કાર્યક્ષમતા માત્ર 4 થી 5% હતી, અને સેવા જીવન લાંબુ નહોતું. સમાન તકનીકનું આગળનું પગલું કાર્યક્ષમતાને 8% સુધી વધારવાનું હતું અને સેવા જીવનને લંબાવવાનું હતું, તે તેના ક્રિસ્ટલ પુરોગામી સાથે તુલનાત્મક બન્યું. છેલ્લે, થિન-ફિલ્મ મોડ્યુલોની ત્રીજી પેઢીમાં પહેલાથી જ 12% ની કાર્યક્ષમતા હતી, જે પહેલેથી જ નોંધપાત્ર પ્રગતિ અને સ્પર્ધાત્મકતા છે.

અહીં વપરાતા ઇન્ડિયમ કોપર સેલેનાઇડ અને કેડમિયમ ટેલ્યુરાઇડે 10% સુધીની કાર્યક્ષમતા સાથે લવચીક સૌર કોષો અને પોર્ટેબલ ચાર્જર બનાવવાનું શક્ય બનાવ્યું છે, અને ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ કાર્યક્ષમતાના દરેક વધારાના ટકાવારી માટે લડી રહ્યા છે તે ધ્યાનમાં રાખીને આ પહેલેથી જ એક નોંધપાત્ર સિદ્ધિ છે. હવે ચાલો પાતળી ફિલ્મ બેટરી કેવી રીતે બનાવવામાં આવે છે તેના પર નજીકથી નજર કરીએ.

કેડમિયમ ટેલ્યુરાઇડની વાત કરીએ તો, 1970ના દાયકામાં જ્યારે અવકાશમાં ઉપયોગ માટે શ્રેષ્ઠ વિકલ્પ શોધવો જરૂરી હતો ત્યારે પ્રકાશ-શોષી લેતી સામગ્રી તરીકે તેનો અભ્યાસ શરૂ થયો. આજ સુધી, કેડમિયમ ટેલ્યુરાઇડ સૌર કોષો માટે સૌથી આશાસ્પદ છે. જો કે, કેડમિયમ ટોક્સિસીટીનો પ્રશ્ન થોડા સમય માટે ખુલ્લો રહે છે.

સંશોધનના પરિણામે, એવું દર્શાવવામાં આવ્યું હતું કે જોખમ ન્યૂનતમ છે, વાતાવરણમાં છોડવામાં આવતા કેડમિયમનું સ્તર જોખમી નથી. કાર્યક્ષમતા 11% છે, જ્યારે વોટ દીઠ કિંમત સિલિકોન એનાલોગ કરતા ત્રીજા ભાગની ઓછી છે.

હવે કોપર ઇન્ડિયમ સેલેનાઇડ માટે. આજે ઇન્ડિયમની નોંધપાત્ર માત્રા ફ્લેટ પેનલ મોનિટર બનાવવા માટે વપરાય છે, તેથી ઇન્ડિયમને તેમ છતાં ગેલિયમ દ્વારા બદલવામાં આવે છે, જે માટે સમાન ગુણધર્મો ધરાવે છે. સૌર ઊર્જા… આના આધારે ફિલ્મ બેટરી 20% ની કાર્યક્ષમતા પ્રાપ્ત કરે છે.

તાજેતરમાં, પોલિમર પેનલ્સ વિકસાવવાનું શરૂ થયું છે.અહીં, કાર્બનિક સેમિકન્ડક્ટર પ્રકાશ-શોષી લેતી સામગ્રી તરીકે સેવા આપે છે: કાર્બન ફુલેરીન, પોલિફેનીલિન, કોપર ફેથલોસાયનાઇન, વગેરે. સૌર કોષની જાડાઈ 100 એનએમ છે, પરંતુ કાર્યક્ષમતા માત્ર 5 થી 6% છે. પરંતુ તે જ સમયે, ઉત્પાદન ખર્ચ તદ્દન ઓછો છે, ફિલ્મો સસ્તું, પ્રકાશ અને સંપૂર્ણપણે પર્યાવરણને અનુકૂળ છે. આ કારણોસર, રેઝિન પેનલ્સ લોકપ્રિય છે જ્યાં પર્યાવરણીય મિત્રતા અને યાંત્રિક સુગમતા મહત્વપૂર્ણ છે.

તેથી આજે ઉત્પાદિત પાતળા ફિલ્મ સૌર કોષોની કાર્યક્ષમતા:

• સિંગલ ક્રિસ્ટલ - 17 થી 22% સુધી;

• પોલીક્રિસ્ટલ - 12 થી 18% સુધી;

• આકારહીન સિલિકોન - 5 થી 6%;

• કેડમિયમ ટેલ્યુરાઇડ - 10 થી 12% સુધી;

• કોપર-ઇન્ડિયમ સેલેનાઇડ - 15 થી 20% સુધી;

• કાર્બનિક પોલિમર - 5 થી 6%.

પાતળી ફિલ્મ બેટરીની વિશેષતાઓ શું છે? સૌ પ્રથમ, વિખરાયેલા પ્રકાશમાં પણ મોડ્યુલોના ઉચ્ચ પ્રદર્શનને ધ્યાનમાં લેવું યોગ્ય છે, જે ક્રિસ્ટલ એનાલોગની તુલનામાં વર્ષ દરમિયાન 15% વધુ શક્તિ આપે છે. આગળ ઉત્પાદન ખર્ચ લાભ આવે છે. હાઇ-પાવર સિસ્ટમ્સમાં, 10 kW થી, પાતળા-ફિલ્મ મોડ્યુલ્સ વધુ કાર્યક્ષમતા દર્શાવે છે, જો કે 2.5 ગણા વધુ વિસ્તારની જરૂર છે.

આમ, અમે એવી પરિસ્થિતિઓને નામ આપી શકીએ છીએ જ્યારે પાતળા-ફિલ્મ મોડ્યુલો વાજબી લાભ મેળવે છે. મોટે ભાગે વાદળછાયું વાતાવરણ ધરાવતા પ્રદેશોમાં, પાતળી ફિલ્મ બેટરીઓ કાર્યક્ષમ રીતે કામ કરશે (પ્રસરેલા પ્રકાશ). ગરમ આબોહવા ધરાવતા પ્રદેશો માટે, પાતળી ફિલ્મો વધુ કાર્યક્ષમ હોય છે (તેઓ નીચા તાપમાનની જેમ ઊંચા તાપમાને પણ અસરકારક રીતે કામ કરે છે). ઇમારતોના રવેશને સમાપ્ત કરવા માટે સુશોભન ડિઝાઇન ઉકેલો તરીકે ઉપયોગની શક્યતા. 20% સુધીની પારદર્શિતા શક્ય છે, જે ફરીથી ડિઝાઇનર્સના હાથમાં રમે છે.

દરમિયાન, 2008 માં, અમેરિકન કંપની સોલિન્દ્રાએ સિલિન્ડરો પર પાતળી-ફિલ્મ બેટરીઓ મૂકવાનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો, જ્યાં વિદ્યુત સંપર્કોથી સજ્જ બીજી નળીની અંદર મૂકવામાં આવેલી કાચની નળી પર ફોટોસેલનો એક સ્તર લાગુ કરવામાં આવે છે. વપરાયેલી સામગ્રી તાંબુ, સેલેનિયમ, ગેલિયમ, ઈન્ડિયમ છે.

નળાકાર ડિઝાઇન વધુ પ્રકાશને શોષવાની મંજૂરી આપે છે, અને બે પેનલના મીટર દીઠ 40 સિલિન્ડરોનો સમૂહ બંધબેસે છે. અહીંની વિશેષતા એ છે કે સફેદ છત કોટિંગ આવા સોલ્યુશનની ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતામાં ફાળો આપે છે, કારણ કે તે પછી પ્રતિબિંબિત કિરણો પણ કાર્ય કરે છે, તેમની 20% ઊર્જા ઉમેરે છે. આ ઉપરાંત, નળાકાર સેટ્સ 55 m/s સુધીના ગસ્ટ સાથે મજબૂત પવન સામે પણ પ્રતિરોધક છે.

આજે ઉત્પાદિત મોટાભાગના સૌર કોષોમાં માત્ર એક pn જંકશન હોય છે, અને બેન્ડ ગેપ કરતા ઓછી ઉર્જા ધરાવતા ફોટોન માત્ર જનરેશનમાં ભાગ લેતા નથી. પછી વૈજ્ઞાનિકોએ આ મર્યાદાને દૂર કરવા માટે એક માર્ગ શોધી કાઢ્યો, મલ્ટિલેયર સ્ટ્રક્ચરના કાસ્કેડ તત્વો વિકસાવવામાં આવ્યા, જ્યાં દરેક સ્તરની પોતાની બેન્ડ પહોળાઈ હોય છે, એટલે કે, દરેક સ્તરને શોષિત ઊર્જાના વ્યક્તિગત મૂલ્ય સાથે અલગ pn જંકશન હોય છે. ફોટોન

ઉચ્ચ સ્તર હાઇડ્રોજનયુક્ત આકારહીન સિલિકોન પર આધારિત એલોયમાંથી રચાય છે, બીજો - જર્મેનિયમ (10-15%) ના ઉમેરા સાથે સમાન એલોય, ત્રીજો - 40 થી 50% જર્મેનિયમના ઉમેરા સાથે. આમ, દરેક અનુગામી સ્તરમાં પાછલા સ્તરની તુલનામાં એક અંતર સાંકડું હોય છે, અને ઉપલા સ્તરોમાં અશોષિત ફોટોન ફિલ્મના અંતર્ગત સ્તરો દ્વારા શોષાય છે.

આ અભિગમમાં, પરંપરાગત સ્ફટિકીય સિલિકોન કોષોની સરખામણીમાં ઉત્પન્ન થયેલ ઊર્જાનો ખર્ચ અડધો થઈ જાય છે. પરિણામે, ત્રણ-પાસ ફિલ્મ સાથે 31% ની કાર્યક્ષમતા હાંસલ કરવામાં આવી હતી, અને પાંચ-પાસ ફિલ્મ તમામ 43% વચન આપે છે.

તાજેતરમાં, મોસ્કો સ્ટેટ યુનિવર્સિટીના નિષ્ણાતોએ કાર્બનિક સામગ્રીના લવચીક સબસ્ટ્રેટ પર લાગુ પોલિમર પર આધારિત રોલ-ટાઇપ સોલર સેલ વિકસાવ્યા છે. કાર્યક્ષમતા માત્ર 4% હોવાનું બહાર આવ્યું છે, પરંતુ આવી બેટરીઓ 10,000 કલાક માટે + 80 ° સે પર પણ કામ કરી શકે છે. આ અભ્યાસો હજુ પૂરા થયા નથી.

સ્વિસ વૈજ્ઞાનિકોએ પોલિમરના આધારે 20.4% ની કાર્યક્ષમતા હાંસલ કરી અને સેમિકન્ડક્ટર તરીકે ઈન્ડિયમ, કોપર, સેલેનિયમ અને ગેલિયમનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો. આજે, આ પાતળી પોલિમર ફિલ્મ પરના તત્વો માટેનો રેકોર્ડ છે.

જાપાનમાં, તેઓએ સમાન (ઇન્ડિયમ, સેલેનિયમ, કોપર) સ્પુટર જમા સેમિકન્ડક્ટર્સમાં 19.7% કાર્યક્ષમતા પ્રાપ્ત કરી. અને જાપાનમાં તેઓએ સૌર ફેબ્રિકનું ઉત્પાદન કરવાનું શરૂ કર્યું, કાપડ સાથે જોડાયેલા લગભગ 1.2 મિલીમીટર વ્યાસના નળાકાર તત્વોનો ઉપયોગ કરીને કાપડની સૌર પેનલ્સ વિકસાવવામાં આવી. 2015 ની શરૂઆતમાં, તેઓએ આ આધારે કપડાં અને સનશેડ્સનું ઉત્પાદન શરૂ કરવાની યોજના બનાવી.

તે સ્પષ્ટ છે કે પાતળી-ફિલ્મ સોલાર પેનલ્સ આખરે નજીકના ભવિષ્યમાં વસ્તી માટે સામાન્ય રીતે ઉપલબ્ધ થઈ જશે. ખર્ચ ઘટાડવા માટે વિશ્વભરમાં આટલા સંશોધનો હાથ ધરવામાં આવે છે તે કંઈ વાંધાજનક નથી.