સેમિકન્ડક્ટર ફોટોવોલ્ટેઇક એનર્જી કન્વર્ટર (ફોટોસેલ્સ)

ફોટોસેલ્સ એ ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો છે જે ફોટોનની ઊર્જાને ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહની ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરવા માટે રચાયેલ છે.

ઐતિહાસિક રીતે, આધુનિક ફોટોસેલના પ્રથમ પ્રોટોટાઇપની શોધ કરવામાં આવી હતી એલેક્ઝાન્ડર જી. સ્ટોલેટોવ 19મી સદીના અંતમાં. તે એક ઉપકરણ બનાવે છે જે બાહ્ય ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસરના સિદ્ધાંત પર કાર્ય કરે છે. પ્રથમ પ્રાયોગિક ઇન્સ્ટોલેશનમાં સમાંતર ફ્લેટ મેટલ શીટ્સની જોડીનો સમાવેશ થતો હતો, જેમાંથી એક જાળીની બનેલી હતી જેથી પ્રકાશ પસાર થઈ શકે અને બીજો નક્કર હતો.

શીટ્સ પર સતત વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવ્યું હતું, જે 0 થી 250 વોલ્ટની રેન્જમાં ગોઠવી શકાય છે. વોલ્ટેજ સ્ત્રોતનો હકારાત્મક ધ્રુવ ગ્રીડ ઇલેક્ટ્રોડ સાથે અને નકારાત્મક ધ્રુવ ઘન સાથે જોડાયેલ હતો. આ યોજનામાં સંવેદનશીલ ગેલ્વેનોમીટરનો પણ સમાવેશ કરવામાં આવ્યો હતો.

જ્યારે નક્કર શીટ ઇલેક્ટ્રિક આર્કમાંથી પ્રકાશથી પ્રકાશિત થાય છે, ગેલ્વેનોમીટર સોય ડિફ્લેક્ટેડ, જે દર્શાવે છે કે ડિસ્ક વચ્ચે હવા હોવા છતાં સર્કિટમાં સીધો પ્રવાહ ઉત્પન્ન થઈ રહ્યો છે.પ્રયોગમાં, વૈજ્ઞાનિકને જાણવા મળ્યું કે "ફોટોકરન્ટ" ની તીવ્રતા લાગુ કરેલ વોલ્ટેજ અને પ્રકાશની તીવ્રતા બંને પર આધારિત છે.

ઇન્સ્ટોલેશનને જટિલ બનાવતા, સ્ટોલેટોવ એક સિલિન્ડરની અંદર ઇલેક્ટ્રોડ્સ મૂકે છે જેમાંથી હવા ખાલી કરવામાં આવે છે, અને અલ્ટ્રાવાયોલેટ પ્રકાશ ક્વાર્ટઝ વિન્ડો દ્વારા સંવેદનશીલ ઇલેક્ટ્રોડને આપવામાં આવે છે. તેથી તે ખુલ્લું હતું ફોટો અસર.

આજે, આ અસરના આધારે, તે કાર્ય કરે છે ફોટોવોલ્ટેઇક કન્વર્ટર… તેઓ તત્વની સપાટી પર પડતા ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશન પર પ્રતિક્રિયા આપે છે અને તેને આઉટપુટ વોલ્ટેજમાં રૂપાંતરિત કરે છે. આવા કન્વર્ટરનું ઉદાહરણ છે સોલર સેલ… આ જ સિદ્ધાંત દ્વારા ઉપયોગ થાય છે પ્રકાશસંવેદનશીલ સેન્સર.

લાક્ષણિક ફોટોસેલમાં બે વાહક ઇલેક્ટ્રોડ વચ્ચે સેન્ડવીચ કરાયેલ ઉચ્ચ પ્રતિકારક પ્રકાશસંવેદનશીલ સામગ્રીના સ્તરનો સમાવેશ થાય છે. સૌર કોષો માટે ફોટોવોલ્ટેઇક સામગ્રી તરીકે, તેનો સામાન્ય રીતે ઉપયોગ થાય છે સેમિકન્ડક્ટર, જે, જ્યારે સંપૂર્ણ રીતે પ્રકાશિત થાય છે, ત્યારે આઉટપુટ પર 0.5 વોલ્ટ આપવા સક્ષમ છે.

આવા તત્વો ઉત્પાદિત ઊર્જાના દૃષ્ટિકોણથી સૌથી વધુ કાર્યક્ષમ હોય છે, કારણ કે તેઓ ફોટોન ઊર્જાના સીધા એક-પગલાંમાં ટ્રાન્સફરની મંજૂરી આપે છે. ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહમાં... સામાન્ય પરિસ્થિતિઓમાં, આવા તત્વો માટે 28% ની કાર્યક્ષમતા એ ધોરણ છે.

અહીં, કાર્યકારી સામગ્રીની સેમિકન્ડક્ટર રચનાની અસંગતતાને કારણે તીવ્ર ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસર થાય છે.આ અસંગતતા કાં તો વિવિધ અશુદ્ધિઓ સાથે ઉપયોગમાં લેવાતી સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રીને ડોપ કરીને, ત્યાં એક pn જંકશન બનાવીને અથવા સેમિકન્ડક્ટર્સને વિવિધ ગેપ માપો સાથે જોડવાથી (ઊર્જા કે જેના પર ઇલેક્ટ્રોન તેમના અણુ છોડે છે) દ્વારા મેળવવામાં આવે છે - આમ હેટરોજંકશન મેળવે છે, અથવા આવા રસાયણને પસંદ કરીને. સેમિકન્ડક્ટરની રચના કે જે બેન્ડગેપ ગ્રેડિયન્ટ-એક ગ્રેડ-ગેપ માળખું-અંદર દેખાય છે. પરિણામે, આપેલ તત્વની કાર્યક્ષમતા ચોક્કસ સેમિકન્ડક્ટર સ્ટ્રક્ચરની અંદર મેળવેલ અસંગતતા લાક્ષણિકતાઓ તેમજ ફોટોકન્ડક્ટિવિટી પર આધારિત છે.

સૌર કોષમાં થતા નુકસાનને ઘટાડવા માટે, તેમના ઉત્પાદનમાં સંખ્યાબંધ નિયમોનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. પ્રથમ, સેમિકન્ડક્ટરનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે જેનો બેન્ડગેપ ફક્ત સૂર્યપ્રકાશ માટે શ્રેષ્ઠ હોય છે, ઉદાહરણ તરીકે સિલિકોન અને ગેલિયમ આર્સેનાઇડના સંયોજનો. બીજું, શ્રેષ્ઠ ડોપિંગ દ્વારા બંધારણના ગુણધર્મોમાં સુધારો થાય છે. વિજાતીય અને ક્રમાંકિત બંધારણોને પ્રાધાન્ય આપવામાં આવે છે. સ્તરની શ્રેષ્ઠ જાડાઈ, p-n-જંકશનની ઊંડાઈ અને સંપર્ક ગ્રીડના શ્રેષ્ઠ પરિમાણો પસંદ કરવામાં આવ્યા છે.

કાસ્કેડ તત્વો પણ બનાવવામાં આવે છે, જ્યાં વિવિધ ફ્રિક્વન્સી બેન્ડવાળા ઘણા સેમિકન્ડક્ટર કામ કરે છે, જેથી એક કાસ્કેડમાંથી પસાર થયા પછી, પ્રકાશ બીજામાં પ્રવેશે, વગેરે. સૌર સ્પેક્ટ્રમના વિઘટનનો વિચાર આશાસ્પદ લાગે છે, જેથી તેના દરેક પ્રદેશો ફોટોસેલના અલગ વિભાગમાંથી રૂપાંતરિત થાય છે.

આજે બજારમાં ત્રણ મુખ્ય પ્રકારના ફોટોવોલ્ટેઇક કોષો છે: મોનોક્રિસ્ટલાઇન સિલિકોન, પોલીક્રિસ્ટલાઇન સિલિકોન અને પાતળી ફિલ્મ.પાતળી ફિલ્મોને સૌથી વધુ આશાસ્પદ માનવામાં આવે છે કારણ કે તે રખડતા પ્રકાશ માટે પણ સંવેદનશીલ હોય છે, વક્ર સપાટી પર મૂકી શકાય છે, સિલિકોન જેટલી બરડ નથી હોતી અને ઊંચા ઓપરેટિંગ તાપમાને પણ અસરકારક હોય છે.

આ પણ જુઓ: સૌર કોષો અને મોડ્યુલોની કાર્યક્ષમતા