सौर सेल दक्षता के बारे में आपकी आवश्यक जानकारी

A सौर सेल एक ऐसा उपकरण है जो सूर्य के प्रकाश को सीधे विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है। यह रूपांतरण अर्धचालक पदार्थ, आमतौर पर सिलिकॉन में फोटोवोल्टिक प्रभाव का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है। सौर सेल अक्षय ऊर्जा प्रौद्योगिकियों का एक प्रमुख घटक हैं और सौर ऊर्जा प्रणालियों में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। 

निम्नलिखित लेख आपको के इतिहास का अवलोकन देगा सौर सेल विकास पर प्रकाश डाला जाएगा और अब तक के प्रमुख दक्षता रिकार्डों पर प्रकाश डाला जाएगा।

विषय - सूची
सौर सेल का विकास
वर्गीकरण
सौर सेल दक्षता
पिछले कुछ वर्षों में सौर सेल के विश्व रिकॉर्ड
प्रयोगशाला और वाणिज्यिक दक्षता के बीच अंतर
सौर सेल प्रौद्योगिकी में प्रमुख रुझान
ऊपर लपेटकर

सौर सेल का विकास

का इतिहास सौर कोशिकाएं 1800 के दशक के उत्तरार्ध में, जब वैज्ञानिकों ने पाया कि कुछ पीवी सामग्री प्रकाश के संपर्क में आने पर विद्युत धारा उत्पन्न कर सकती है। लेकिन 1954 तक ऐसा नहीं हुआ था कि बेल लैब्स ने पहला व्यावहारिक सिलिकॉन सौर सेल सफलतापूर्वक विकसित किया। 1960 के दशक में, अंतरिक्ष यान में ऊर्जा आपूर्ति के लिए सौर कोशिकाओं का उपयोग किया जाने लगा, जिससे उनकी तकनीक का और विकास हुआ। 

1970 के दशक में ऊर्जा संकट के उभरने के साथ ही सौर सेल का व्यावसायीकरण और लोकप्रियकरण शुरू हुआ, अक्षय ऊर्जा स्रोत के रूप में सौर सेल को अधिक ध्यान मिला। प्रौद्योगिकी में प्रगति और कम उत्पादन लागत के कारण सौर सेल का व्यावसायिक और आवासीय अनुप्रयोगों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाने लगा।

वर्गीकरण

मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन सौर कोशिकाएं: वे एक ही सिलिकॉन क्रिस्टल से बने होते हैं और अधिक कुशल होते हैं लेकिन अपेक्षाकृत महंगे होते हैं। उनमें आमतौर पर उच्च ऊर्जा रूपांतरण दक्षता और लंबी सेवा जीवन होता है।

पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन सौर कोशिकाएं: अनेक छोटे सिलिकॉन क्रिस्टलों से निर्मित ये मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन की तुलना में थोड़े कम कुशल होते हैं, लेकिन इनकी लागत कम होती है।

पतली फिल्म सौर कोशिकाएं: अनाकार सिलिकॉन या अन्य पदार्थ (जैसे, सीडीटीई, सीआईजीएस) सब्सट्रेट पर बहुत पतली परतों में ढके होते हैं। ये सेल सस्ते होते हैं, लेकिन आमतौर पर क्रिस्टलीय सिलिकॉन सेल की तुलना में कम कुशल होते हैं।

नया सौर कोशिकाएं: इनमें ऑर्गेनिक सोलर सेल, चाल्कोजेनाइड सोलर सेल आदि शामिल हैं, जो कम विनिर्माण लागत और नए अनुप्रयोग की संभावनाएं प्रदान कर सकते हैं। चाल्कोजेनाइड सेल, विशेष रूप से, नई सफलताओं की ओर ले जा सकते हैं।

सौर सेल दक्षता

सौर सेल दक्षता एक महत्वपूर्ण मीट्रिक है जो यह बताती है कि सौर सेल कितनी कुशलता से सूर्य के प्रकाश को बिजली में परिवर्तित करता है। विशेष रूप से, यह सौर सेल द्वारा उत्पादित विद्युत शक्ति और सूर्य के विकिरण से प्राप्त शक्ति का अनुपात है। दूसरे शब्दों में, यह बताता है कि सौर सेल द्वारा अवशोषित सौर ऊर्जा का कितना हिस्सा कुशलता से विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित होता है।

सौर सेल दक्षता का महत्व

बिजली उत्पादन: दक्षता जितनी अधिक होगी, समान आकार के सौर सेल समान प्रकाश स्थितियों में उतनी ही अधिक बिजली उत्पन्न कर सकेंगे।

लागत प्रभावशीलता: बढ़ी हुई दक्षता से सौर बिजली की प्रति इकाई लागत कम हो जाती है, जिससे सौर ऊर्जा आर्थिक रूप से अधिक प्रतिस्पर्धी बन जाती है।

स्थान उपयोग: उच्च दक्षता वाले सौर सेल सीमित स्थान में अधिक बिजली पैदा कर सकते हैं, जो सीमित स्थान वाले अनुप्रयोगों जैसे छत पर स्थापित सौर प्रणाली या छोटे प्रतिष्ठानों के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण है।

दक्षता सुधार प्रक्रिया

सौर सेल के विकास को तीन चरणों में विभाजित किया जा सकता है, जिनमें से प्रत्येक की अपनी विशिष्ट तकनीकी उपलब्धियां हैं:

चरण I: क्रिस्टलीय सिलिकॉन सौर सेल

का पहला चरण सौर कोशिकाएं मुख्य रूप से मोनोक्रिस्टलाइन और पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन सामग्री पर आधारित है। शुरुआती व्यावसायिक सिलिकॉन सौर कोशिकाओं की दक्षता लगभग 6% थी, लेकिन तकनीकी सुधारों के साथ, आधुनिक मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन सेल प्रयोगशाला स्थितियों के तहत 22% से अधिक की दक्षता तक पहुँचने में सक्षम हैं।

उपलब्धि प्रक्रिया: दक्षता में वृद्धि मुख्य रूप से सिलिकॉन शुद्धता में तकनीकी प्रगति, जाली संरचना का अनुकूलन, परावर्तन में कमी, इलेक्ट्रोड डिजाइन में सुधार और सेल के भीतर ऊर्जा हानि में कमी के कारण है।

चरण II: पतली फिल्म सौर सेल

इन सौर कोशिकाएं इनमें कॉपर इंडियम गैलियम सेलेनाइड (CIGS), कैडमियम टेल्यूरियम (CdTe) और अनाकार सिलिकॉन सौर सेल शामिल हैं। इन पतली फिल्म कोशिकाओं की शुरुआती दक्षता कम है, आम तौर पर लगभग 10%, लेकिन सामग्री और प्रक्रिया प्रौद्योगिकी के विकास के साथ, CIGS और CdTe कोशिकाओं की प्रयोगशाला दक्षता 23% से अधिक हो गई है।

यह मुख्य रूप से पतली फिल्म सामग्री की प्रकाश अवशोषण क्षमता में सुधार, वाहक परिवहन दक्षता में सुधार और सेल संरचना को अनुकूलित करके प्राप्त किया जाता है।

चरण III: कैल्शियम टाइटेनाइट सौर सेल

कैल्शियम टाइटेनाइट सौर कोशिकाएं हाल के वर्षों में सौर सेल का सबसे तेजी से बढ़ता वर्ग है। 2009 में अपनी पहली रिपोर्ट के बाद से, इसकी दक्षता शुरुआती 3.8% से बढ़कर आज 33.9% से अधिक हो गई है।

दक्षता में तीव्र वृद्धि का श्रेय चाकोजेनाइड सामग्रियों के अद्वितीय लाभों को दिया जाता है, जैसे उच्च प्रकाश अवशोषण गुणांक, समायोज्य बैंडगैप और सरल निर्माण प्रक्रिया।

पिछले कुछ वर्षों में सौर सेल के विश्व रिकॉर्ड

विकास का प्रारंभिक चरण (2009~2012)

2009, ऊर्जा रूपांतरण दक्षता 3.5%: जापानी वैज्ञानिक मियासाका ने प्रकाश-अवशोषित सामग्री के रूप में डाई-संवेदी सौर कोशिकाओं के लिए चाल्कोजेनाइड सामग्री का उपयोग किया, लेकिन सामग्री अस्थिर थी और कुछ ही मिनटों के बाद विफल हो गई।

2011, ऊर्जा रूपांतरण दक्षता 6.5%: दक्षिण कोरिया के सुंगक्यंकवान विश्वविद्यालय के नाम-ग्यू पार्क ने चाल्कोजेनाइड सौर कोशिकाओं की तकनीक में सुधार किया, जिससे फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण दक्षता में नाटकीय रूप से वृद्धि हुई, लेकिन तरल इलेक्ट्रोलाइट के उपयोग के कारण सामग्री अभी भी अस्थिर है, और कुछ ही मिनटों के बाद दक्षता में 80% की कमी आई।

2012, ऊर्जा रूपांतरण दक्षता 10%: ऑक्सफोर्ड विश्वविद्यालय के हेनरी स्नैथ के समूह ने परिवहन सामग्री स्पाइरो-ओएमईटीए को पेश किया, चाल्कोजेनाइड सेल की ठोस अवस्था को साकार किया, रूपांतरण दक्षता में और सुधार किया और फोटोवोल्टिक प्रदर्शन 500 घंटे के बाद स्पष्ट रूप से क्षय नहीं हुआ, जिससे उत्कृष्ट स्थिरता प्रदर्शन प्रदर्शित हुआ।

प्रारंभिक विकास चरण (2012~2015)

2012 में2 में ऑक्सफोर्ड विश्वविद्यालय के हेनरी स्नैथ ने सेल में TiO1203 को एल्युमिनियम (AXNUMX) से प्रतिस्थापित किया, और तब से कैल्साइट न केवल सेल में प्रकाश की एक अवशोषित परत रही है, बल्कि विद्युत आवेश को स्थानांतरित करने के लिए अर्धचालक पदार्थ के रूप में भी काम करती रही है।

2013 मेंचाल्कोजेनाइड को साइंस 10 में शीर्ष 2013 वैज्ञानिक सफलताओं में से एक चुना गया था।

2015 में ऊर्जा रूपांतरण दक्षता 15%: चीन, जापान और स्विटजरलैंड ने बड़े क्षेत्र (1 सेमी2 से अधिक कार्य क्षेत्र) वाले चाल्कोजेनाइड सौर सेल बनाने के लिए सहयोग किया, जिन्हें अंतर्राष्ट्रीय प्राधिकारियों द्वारा प्रमाणित किया गया।

तीव्र विकास चरण (2016-वर्तमान)

2016, ऊर्जा रूपांतरण दक्षता 19.6%: लौसाने स्थित स्विस फेडरल इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में प्रोफेसर ग्रेटज़ेल के समूह ने प्रमाणित दक्षता को बढ़ाकर 19.6% कर दिया।

2018, ऊर्जा रूपांतरण दक्षता 23.7%: चीनी विज्ञान अकादमी के सेमीकंडक्टर अनुसंधान संस्थान ने चाल्कोजेनाइड सतह दोषों के लिए कार्बनिक नमक निष्क्रियता का प्रस्ताव दिया, जिससे रूपांतरण दक्षता में क्रमिक रूप से 23.3% और 23.7% की वृद्धि हुई।

2021, ऊर्जा रूपांतरण दक्षता 29.8%: हेल्महोल्ट्ज़ सेंटर बर्लिन (HZB) ने 29.8% की चाल्कोजनाइड टेंडम बैटरी रूपांतरण दक्षता विकसित की, जो विषम जंक्शन (HJT), TOPCon और अन्य क्रिस्टलीय सिलिकॉन प्रौद्योगिकी की दक्षता सीमा से अधिक है।

2022, ऊर्जा रूपांतरण दक्षता 31.3%: इकोले पॉलीटेक्निक फेडेरेल डी लौसेन (ईपीएफएल) और स्विस सेंटर फॉर इलेक्ट्रॉनिक्स एंड माइक्रोटेक्नोलॉजी (सीएसईएम) ने 31.3% रूपांतरण दक्षता के साथ चाल्कोजनाइड-सिलिकॉन स्टैक्ड फोटोवोल्टेइक सेल बनाए हैं।

2023, ऊर्जा रूपांतरण दक्षता 33.9%: चीन की लोंगी ग्रीन एनर्जी टेक्नोलॉजी कंपनी द्वारा स्वतंत्र रूप से विकसित क्रिस्टलीय सिलिकॉन-कैल्साइट स्टैक्ड सेल की दक्षता 33.9% तक पहुंच गई है, जो सिंगल-जंक्शन कोशिकाओं के लिए शॉक्ले-क्वेथर (एसक्यू) सैद्धांतिक दक्षता सीमा 33.7% को पार कर गई है।

प्रयोगशाला और वाणिज्यिक दक्षता के बीच अंतर

प्रयोगशाला दक्षता और व्यावसायीकरण दक्षता सौर सेल के प्रदर्शन के मूल्यांकन के लिए दो अलग-अलग मापदंड हैं, और उनके बीच कुछ प्रमुख अंतर हैं:

प्रयोगशाला दक्षता

परिभाषा:

प्रयोगशाला दक्षता किसी प्रयोगशाला की अधिकतम दक्षता है। सौर सेल आदर्श प्रयोगशाला स्थितियों के तहत मापा जाता है। इसमें आमतौर पर मानक परीक्षण स्थितियाँ (एसटीसी) शामिल होती हैं जैसे कि एक विशिष्ट प्रकाश तीव्रता (1000 W/m²), एक निर्दिष्ट वर्णक्रमीय वितरण और एक निश्चित तापमान (आमतौर पर 25 डिग्री सेल्सियस)।

लक्षण:

प्रयोगशाला दक्षताओं को आमतौर पर अनुकूलित परीक्षण स्थितियों के तहत मापा जाता है, जो सेल के प्रदर्शन को अधिकतम करने के लिए निर्धारित की जाती हैं।

ऐसी दक्षताएं आमतौर पर संपूर्ण सौर पैनल या प्रणाली के बजाय व्यक्तिगत सेलों या छोटे सेलों के नमूनों के लिए मापी जाती हैं।

प्रयोगशाला दक्षताएं सौर सेल की तकनीकी क्षमता की ऊपरी सीमा को दर्शाती हैं।

व्यावसायीकरण दक्षता

परिभाषा:

व्यावसायीकरण दक्षता औसत दक्षता है सौर कोशिकाएं या सौर पैनल जो वास्तव में उत्पादित होते हैं और बाजार में उपयोग में लाए जाते हैं। यह प्रदर्शन का वह स्तर है जिसकी उपभोक्ता सौर सेल प्रणाली खरीदते और उपयोग करते समय अपेक्षा कर सकते हैं।

लक्षण:

व्यावसायीकरण दक्षता आमतौर पर प्रयोगशाला दक्षता से कम होती है क्योंकि इसमें बड़े पैमाने पर उत्पादन प्रक्रिया में विभिन्न व्यावहारिक कारकों को ध्यान में रखना पड़ता है, जैसे सामग्री में भिन्नता, विनिर्माण सहनशीलता और दीर्घकालिक विश्वसनीयता।

इस दक्षता को वास्तविक परिचालन स्थितियों के निकट स्थित परिस्थितियों में मापा जाता है, जिसमें भिन्न-भिन्न तापमान, प्रकाश की स्थिति और संभावित छाया शामिल हैं।

व्यावसायिक दक्षताएं रोजमर्रा के उपयोग में सौर सेलों के वास्तविक प्रदर्शन को अधिक प्रतिबिंबित करती हैं।

मतभेद

क्षमता: प्रयोगशाला दक्षता आमतौर पर वाणिज्यिक दक्षता से अधिक होती है क्योंकि यह आदर्श परिस्थितियों में प्राप्त की जाती है।

आवेदन: प्रयोगशाला दक्षता का उपयोग अनुसंधान और विकास में नई प्रौद्योगिकी सफलताओं को बढ़ावा देने के लिए अधिक किया जाता है; जबकि व्यावसायिक दक्षता वास्तविक उत्पाद प्रदर्शन और बाजार प्रतिस्पर्धात्मकता पर केंद्रित होती है।

लागत: जब व्यावसायिक दक्षता प्राप्त कर ली जाती है, तो उत्पादन की लागत और बड़े पैमाने पर उत्पादन की व्यवहार्यता पर भी विचार करने की आवश्यकता होती है, जो आमतौर पर प्रयोगशाला दक्षता के निर्धारण में एक प्रमुख विचार नहीं होता है।

सौर सेल प्रौद्योगिकी में प्रमुख रुझान

भविष्य में सफलताएं सौर सेल प्रौद्योगिकी दक्षता में सुधार, लागत में कमी, स्थायित्व को बढ़ाने और विविध अनुप्रयोगों की आवश्यकताओं के अनुकूल होने पर केंद्रित है। इन प्रवृत्तियों पर एक विस्तृत दृष्टिकोण निम्नलिखित है:

ऊर्जा रूपांतरण दक्षता में वृद्धि

बहु-जंक्शन सौर सेल: सेमीकंडक्टर सामग्रियों को अलग-अलग बैंडगैप के साथ स्टैक करके, मल्टी-जंक्शन सोलर सेल सूरज की रोशनी के व्यापक बैंड को अवशोषित कर सकते हैं, जिससे समग्र दक्षता में सुधार होता है। भविष्य में और भी ट्रिपल-जंक्शन और यहां तक ​​कि क्वाडरपल-जंक्शन सोलर सेल देखे जा सकते हैं।

चाल्कोजेनाइड और सिलिकॉन का संयोजन: हाइब्रिड या स्टैक्ड सौर सेल बनाने के लिए पारंपरिक सिलिकॉन कोशिकाओं के साथ चाल्कोजेनाइड सौर कोशिकाओं के संयोजन से उच्च दक्षता और बेहतर वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया मिल सकती है।

लागत कम करना और स्थिरता में सुधार करना

उत्पादन बढ़ाना: जैसे-जैसे प्रौद्योगिकी परिपक्व होगी और उत्पादन बढ़ेगा, सौर सेल निर्माण की लागत में और कमी आने की उम्मीद है।

अक्षय सामग्री: अधिक पर्यावरण अनुकूल, पुनर्चक्रणीय सामग्रियों के अनुसंधान और विकास तथा दुर्लभ और विषाक्त सामग्रियों पर निर्भरता कम करने से सौर कोशिकाओं की पर्यावरणीय स्थिरता में सुधार करने में मदद मिलेगी।

बढ़ी हुई स्थायित्व और विश्वसनीयता

दीर्घकालिक स्थिरता में सुधार: शोधकर्ताओं का लक्ष्य सौर कोशिकाओं की दीर्घकालिक स्थिरता और अपक्षय प्रतिरोध क्षमता में सुधार करना है, ताकि वे विभिन्न पर्यावरणीय परिस्थितियों से निपट सकें और उनका जीवनकाल बढ़ा सकें।

स्व-उपचार सामग्री: ऐसे सौर सेल पदार्थों का विकास करना जो छोटी-मोटी क्षति की स्वयं मरम्मत कर सकें, ताकि दीर्घावधि उच्च दक्षता बनी रहे।

ऊपर लपेटकर

दक्षता में सुधार सौर कोशिकाएं सौर ऊर्जा के क्षेत्र में तेजी से प्रगति हो रही है, खासकर चाल्कोजेनाइड कोशिकाओं के व्यावहारिक उपयोग के साथ, जो इस क्षेत्र में नई ऊर्जा लाएंगे। सौर सेल दक्षता में निरंतर सुधार सौर प्रौद्योगिकी के विकास और बाजार में अपनाने को बढ़ावा देने वाला एक प्रमुख कारक है। 

सामग्री विज्ञान में नवाचारों, उन्नत सेल डिजाइन और विनिर्माण प्रौद्योगिकी में प्रगति के माध्यम से, सौर सेल अधिक कुशल, लागत प्रभावी और विश्वसनीय बन रहे हैं। दक्षता में और सुधार और नई प्रौद्योगिकियों के अनुप्रयोग के साथ, हम उम्मीद कर सकते हैं कि वे घरों और व्यवसायों के लिए अधिक विश्वसनीय और लागत प्रभावी ऊर्जा समाधान प्रदान करेंगे।

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