ماخذ: www.energy.gov
جب روشنی فوٹو وولٹک (پی وی) سیل پر چمکتی ہے - جسے سولر سیل بھی کہا جاتا ہے - یہ روشنی سیل سے گزر کر عکاسی ، جذب یا گزر سکتی ہے۔ پی وی سیل نیم موصل مواد پر مشتمل ہے۔ "نیم" کا مطلب یہ ہے کہ یہ ایک موصل سے بہتر بجلی چلا سکتا ہے لیکن دھات کی طرح اچھا کنڈکٹر نہیں۔ پی وی سیلز میں استعمال ہونے والے کئی مختلف سیمیکمڈکٹر مواد ہیں۔
جب سیمیکمڈکٹر ٹولائٹ کو بے نقاب کرتا ہے تو ، یہ روشنی کی توانائی کو جذب کرتا ہے اور اسے الیکٹران نامی مادے میں منفی چارج شدہ ذرات میں منتقل کرتا ہے۔ یہ اضافی توانائی الیکٹران کو مواد کے ذریعے برقی بہاؤ کی طرح بہنے دیتی ہے۔ یہ کرنٹ کوندکٹیو میٹل رابطوں کے ذریعے نکالا جاتا ہے-شمسی خلیوں پر گرڈ جیسی لکیریں-اور پھر آپ کے گھر اور باقی برقی گرڈ کو طاقت دینے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔
پی وی سیل کی افادیت صرف سیل سے نکلنے والی برقی طاقت کی مقدار ہے جو اس پر چمکتی روشنی سے توانائی کے مقابلے میں ہے ، جو اس بات کی نشاندہی کرتی ہے کہ سیل توانائی کو ایک شکل سے دوسری شکل میں تبدیل کرنے میں کتنا موثر ہے۔ پی وی سیلز سے پیدا ہونے والی بجلی کی مقدار دستیاب روشنی کی خصوصیات (جیسے شدت اور طول موج) اور سیل کی ایک سے زیادہ کارکردگی کی خصوصیات پر منحصر ہے۔
پی وی سیمیکمڈکٹرز کی ایک اہم پراپرٹی بینڈ گیپ ہے ، جو اس بات کی نشاندہی کرتی ہے کہ روشنی کی کون سی طول موج مواد کو جذب کر کے برقی توانائی میں تبدیل کر سکتی ہے۔ اگر سیمی کنڈکٹر کا بینڈ گیپ پی وی سیل پر چمکتی روشنی کی طول موج سے مماثل ہے تو وہ سیل تمام دستیاب توانائی کو موثر طریقے سے استعمال کر سکتا ہے۔
پی وی سیلز کے لیے سب سے زیادہ استعمال ہونے والے سیمی کنڈکٹر مواد کے بارے میں ذیل میں مزید جانیں۔
سلیکن
سلیکونیس ، اب تک ، شمسی خلیوں میں استعمال ہونے والا سب سے عام سیمی کنڈکٹر مواد ہے ، جو آج کے تقریبا 95 فیصد ماڈیولز کی نمائندگی کرتا ہے۔ یہ زمین پر دوسرا سب سے زیادہ وافر مواد (آکسیجن کے بعد) اور کمپیوٹر چپس میں استعمال ہونے والا سب سے عام سیمیکمڈکٹر بھی ہے۔ کرسٹل سلیکن سیل سلیکون ایٹم سے بنے ہوتے ہیں جو ایک دوسرے سے جڑے ہوتے ہیں تاکہ کرسٹل جالی بن سکے۔ یہ جالی ایک منظم ڈھانچہ فراہم کرتی ہے جو روشنی کو بجلی میں تبدیل کرنے کو زیادہ موثر بناتا ہے۔
سلیکن سے بنے شمسی توانائی کے خلیے فی الحال اعلی کارکردگی ، کم قیمت اور طویل زندگی کا مجموعہ فراہم کرتے ہیں۔ توقع کی جاتی ہے کہ ماڈیول 25 سال یا اس سے زیادہ عرصے تک چلیں گے ، اس وقت کے بعد بھی وہ اپنی اصل طاقت کا 80 فیصد سے زیادہ پیدا کریں گے۔
پتلی فلم فوٹو وولٹک۔
ایک پتلی فلم شمسی سیل پی وی مواد کی ایک یا زیادہ پتلی تہوں کو ایک معاون مواد جیسے شیشے ، پلاسٹک یا دھات پر جمع کر کے بنایا جاتا ہے۔ آج مارکیٹ میں پتلی فلم PV سیمیکمڈکٹر کی دو اہم اقسام ہیں: کیڈیمیم ٹیلورائڈ (CdTe) اور کاپر انڈیم گیلیم ڈیزلینائڈ (CIGS)۔ دونوں مواد براہ راست ماڈیول کی سطح کے سامنے یا پیچھے جمع کیے جا سکتے ہیں۔
CdTe سلیکن کے بعد دوسرا سب سے عام PV مواد ہے ، اور CdTe سیلز کو کم لاگت مینوفیکچرنگ کے عمل کے ذریعے بنایا جا سکتا ہے۔ اگرچہ یہ انہیں ایک لاگت سے مؤثر متبادل بناتا ہے ، لیکن ان کی افادیت اب بھی سلیکن کی طرح زیادہ نہیں ہے۔ سی آئی جی ایس سیلز میں پی وی میٹریل اور لیب میں اعلی افادیت کے لیے زیادہ سے زیادہ خصوصیات ہیں ، لیکن چار عناصر کو جوڑنے میں شامل پیچیدگی لیب سے مینوفیکچرنگ میں منتقلی کو زیادہ مشکل بنا دیتی ہے۔ CdTe اور CIGS دونوں کو سلیکون سے زیادہ تحفظ کی ضرورت ہوتی ہے تاکہ باہر دیرپا آپریشن کو چالو کیا جا سکے۔
پیرووسکائٹ فوٹو وولٹک۔
Perovskitesolar خلیات پتلی فلم سیل کی ایک قسم ہیں اور ان کی خصوصیت کرسٹل ڈھانچے کے نام پر رکھی گئی ہے۔ پیرووسکائٹ سیلز مواد کی تہوں کے ساتھ بنائے جاتے ہیں جو چھپی ہوئی ، لیپت ، یا ویکیوم ڈپازٹ شدہ ایک بنیادی سپورٹ لیئر پر ہوتے ہیں ، جسےسبسٹریٹوہ عام طور پر جمع کرنے میں آسان ہوتے ہیں اور کرسٹل سلیکن کی طرح افادیت تک پہنچ سکتے ہیں۔ لیب میں ، پیرووسکائٹ سولر سیل کی افادیت کسی بھی دوسرے پی وی مواد کے مقابلے میں تیزی سے بہتر ہوئی ہے ، جو 2009 میں 3 فیصد سے 2020 میں 25 فیصد سے زیادہ ہے۔ انہیں زیادہ پائیدار بنانے اور بڑے پیمانے پر ، کم لاگت کی مینوفیکچرنگ تکنیک تیار کرنے پر کام کر رہے ہیں۔
نامیاتی فوٹو وولٹک۔
نامیاتی پی وی ، یا او پی وی ، خلیات کاربن سے بھرپور (نامیاتی) مرکبات پر مشتمل ہوتے ہیں اور پی وی سیل کے مخصوص فنکشن ، جیسے بینڈ گیپ ، شفافیت ، یا رنگ کو بڑھانے کے لیے بنائے جا سکتے ہیں۔ او پی وی سیل فی الحال کرسٹل سلیکن سیلز کی طرح صرف آدھے موثر ہیں اور ان کی آپریٹنگ لائف کم ہے ، لیکن زیادہ مقدار میں تیار کرنا کم مہنگا پڑ سکتا ہے۔ انہیں مختلف قسم کے معاون مواد ، جیسے لچکدار پلاسٹک پر بھی لاگو کیا جا سکتا ہے ، جس سے او پی وی مختلف اقسام کے استعمال کے قابل ہو جاتا ہے۔
کوانٹم ڈاٹس
کوانٹم ڈاٹ سولر سیلز مختلف سیمیکمڈکٹر مادوں کے چھوٹے ذرات کے ذریعے بجلی کا انعقاد کرتے ہیں صرف چند نینو میٹر چوڑے ، کوانٹم ڈاٹس کہلاتے ہیں۔ کوانٹم ڈاٹس سیمیکمڈکٹر مواد پر عمل کرنے کا ایک نیا طریقہ فراہم کرتے ہیں ، لیکن ان کے درمیان برقی کنکشن بنانا مشکل ہے ، اس لیے وہ فی الحال زیادہ موثر نہیں ہیں۔ تاہم ، انہیں شمسی خلیوں میں بنانا آسان ہے۔ انہیں سپن کوٹ طریقہ ، سپرے ، یا رول ٹو رول پرنٹرز جیسے اخبارات چھاپنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔
کوانٹم ڈاٹ مختلف سائز میں آتے ہیں اور ان کا بینڈ گیپ حسب ضرورت ہوتا ہے ، جس سے وہ روشنی جمع کرنے کے قابل بناتا ہے جس پر قبضہ کرنا مشکل ہوتا ہے اور دوسرے سیمی کنڈکٹرز جیسے پیرووسکائٹس کے ساتھ جوڑا بنانا ملٹی جنکشن سولر سیل کی کارکردگی کو بہتر بنانا (نیچے ان پر مزید)۔
ملٹی جنکشن فوٹو وولٹک۔
پی وی سیل کی کارکردگی کو بہتر بنانے کے لیے ایک اور حکمت عملی یہ ہے کہ ملٹی جنکشن شمسی خلیوں کو بنانے کے لیے کئی سیمی کنڈکٹرز کو بچھایا جائے۔ یہ خلیات بنیادی طور پر مختلف سیمیکمڈکٹر مواد کے ڈھیر ہوتے ہیں ، جیسا کہ سنگل جنکشن سیلز کے برعکس ، جس میں صرف ایک سیمیکمڈکٹر ہوتا ہے۔ ہر پرت کا ایک مختلف بینڈ گیپ ہوتا ہے ، لہذا وہ ہر ایک شمسی سپیکٹرم کا ایک مختلف حصہ جذب کرتا ہے ، جو سنگل جنکشن خلیوں کے مقابلے میں سورج کی روشنی کا زیادہ استعمال کرتا ہے۔ ملٹی جنکشن شمسی خلیے ریکارڈ کارکردگی کی سطح تک پہنچ سکتے ہیں کیونکہ وہ روشنی جو پہلی سیمیکمڈکٹر پرت سے جذب نہیں ہوتی اس کے نیچے ایک تہہ کے ذریعے پکڑی جاتی ہے۔
اگرچہ ایک سے زیادہ بینڈ گیپ والے تمام شمسی خلیے ملٹی جنکشن سولر سیل ہیں ، ایک شمسی سیل جس میں بالکل دو بینڈ گیپ ہوتے ہیں اسے ٹینڈم سولر سیل کہا جاتا ہے۔ ملٹی جنکشن شمسی خلیے جو کالم III اور V سے سیمی کنڈکٹرز کو ملا دیتے ہیں ، جسے ملٹی جنکشن III-V سولر سیل کہتے ہیں۔
ملٹی جنکشن شمسی خلیوں نے 45 فیصد سے زیادہ افادیت کا مظاہرہ کیا ہے ، لیکن ان کی تیاری مہنگی اور مشکل ہے ، اس لیے وہ خلائی تحقیق کے لیے مخصوص ہیں۔ فوج ڈرونز میں III-V شمسی خلیوں کا استعمال کر رہی ہے ، اور محققین ان کے لیے دیگر استعمال کی تلاش کر رہے ہیں جہاں اعلی کارکردگی کلیدی ہے۔
ارتکاز فوٹو وولٹک۔
ارتکاز PV ، جسے CPV بھی کہا جاتا ہے ، آئینے یا عینک کا استعمال کرتے ہوئے سورج کی روشنی کو شمسی سیل پر مرکوز کرتا ہے۔ سورج کی روشنی کو ایک چھوٹے سے علاقے پر مرکوز کرکے ، کم PV مواد کی ضرورت ہوتی ہے۔ پی وی مواد زیادہ موثر ہو جاتا ہے کیونکہ روشنی زیادہ مرتکز ہو جاتی ہے ، اس لیے سی پی وی سیلز اور ماڈیولز کے ساتھ سب سے زیادہ مجموعی افادیت حاصل کی جاتی ہے۔ تاہم ، زیادہ مہنگے مواد ، مینوفیکچرنگ کی تکنیک ، اور سورج کی نقل و حرکت کو ٹریک کرنے کی صلاحیت درکار ہے ، لہذا آج سے زیادہ ضروری قیمت کا فائدہ دکھانا' کے اعلی حجم کے سلیکون ماڈیولز کو چیلنج بن گیا ہے۔
