सेमीकंडक्टर फोटोव्होल्टेइक एनर्जी कन्व्हर्टर (फोटोसेल)

फोटोसेल ही इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे आहेत जी फोटॉनची उर्जा विद्युत प्रवाहाच्या उर्जेमध्ये रूपांतरित करण्यासाठी डिझाइन केलेली आहेत.

ऐतिहासिकदृष्ट्या, आधुनिक फोटोसेलचा पहिला नमुना शोधला गेला अलेक्झांडर जी. स्टोलेटोव्ह 19 व्या शतकाच्या शेवटी. तो एक उपकरण तयार करतो जो बाह्य फोटोइलेक्ट्रिक प्रभावाच्या तत्त्वावर कार्य करतो. पहिल्या प्रायोगिक स्थापनेमध्ये समांतर सपाट धातूच्या शीटच्या जोडीचा समावेश होता, ज्यापैकी एक जाळीचा बनलेला होता ज्यामुळे प्रकाश जाऊ शकतो आणि दुसरा घन होता.

शीट्सवर स्थिर व्होल्टेज लागू केले गेले, जे 0 ते 250 व्होल्टच्या श्रेणीमध्ये समायोजित केले जाऊ शकते. व्होल्टेज स्त्रोताचा सकारात्मक ध्रुव ग्रिड इलेक्ट्रोडशी आणि नकारात्मक ध्रुव घनाशी जोडलेला होता. या योजनेत संवेदनशील गॅल्व्हनोमीटरचाही समावेश करण्यात आला होता.

जेव्हा एक घन शीट इलेक्ट्रिक आर्कमधून प्रकाशाने प्रकाशित होते, गॅल्व्हानोमीटर सुई विक्षेपित, डिस्क्समध्ये हवा असूनही सर्किटमध्ये थेट प्रवाह निर्माण होत असल्याचे दर्शविते.प्रयोगात, शास्त्रज्ञांना आढळले की "फोटोकरंट" ची परिमाण लागू व्होल्टेज आणि प्रकाशाची तीव्रता या दोन्हीवर अवलंबून असते.

इन्स्टॉलेशनला क्लिष्ट करून, स्टोलेटोव्ह इलेक्ट्रोड्स एका सिलेंडरमध्ये ठेवतो ज्यामधून हवा बाहेर काढली जाते आणि क्वार्ट्ज विंडोद्वारे अतिनील प्रकाश संवेदनशील इलेक्ट्रोडला दिला जातो. त्यामुळे ते खुले होते फोटो प्रभाव.

आज, या प्रभावावर आधारित, ते कार्य करते फोटोव्होल्टेइक कन्व्हर्टर… ते घटकाच्या पृष्ठभागावर पडणाऱ्या इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशनवर प्रतिक्रिया देतात आणि त्याचे आउटपुट व्होल्टेजमध्ये रूपांतर करतात. अशा कन्व्हर्टरचे उदाहरण आहे सौर सेल… द्वारे समान तत्त्व वापरले जाते प्रकाशसंवेदनशील सेन्सर्स.

ठराविक फोटोसेलमध्ये दोन प्रवाहकीय इलेक्ट्रोड्समध्ये सँडविच केलेल्या उच्च प्रतिरोधक प्रकाशसंवेदनशील सामग्रीचा एक थर असतो. सौर पेशींसाठी फोटोव्होल्टेइक सामग्री म्हणून, ते सामान्यतः वापरले जाते सेमीकंडक्टर, जे, पूर्णपणे प्रकाशित झाल्यावर, आउटपुटवर 0.5 व्होल्ट देण्यास सक्षम आहे.

असे घटक व्युत्पन्न ऊर्जेच्या दृष्टिकोनातून सर्वात कार्यक्षम असतात, कारण ते फोटॉन ऊर्जेच्या थेट एक-चरण हस्तांतरणास परवानगी देतात — विद्युत प्रवाह मध्ये... सामान्य परिस्थितीत, अशा घटकांसाठी 28% ची कार्यक्षमता सर्वसामान्य प्रमाण आहे.

येथे, कार्यरत सामग्रीच्या अर्धसंवाहक संरचनेच्या विसंगततेमुळे एक तीव्र फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव उद्भवतो.ही एकसमानता एकतर वेगवेगळ्या अशुद्धतेसह वापरल्या जाणार्‍या सेमीकंडक्टर सामग्रीचे डोपिंग करून, त्याद्वारे pn जंक्शन तयार करून किंवा अर्धसंवाहकांना वेगवेगळ्या अंतराच्या आकारांसह जोडून (ज्या ऊर्जामध्ये इलेक्ट्रॉन त्यांचे अणू सोडतात) - अशा प्रकारे हेटरोजंक्शन प्राप्त करून किंवा असे रसायन निवडून प्राप्त केले जाते. सेमीकंडक्टरची रचना ज्यामध्ये बँडगॅप ग्रेडियंट—एक श्रेणीबद्ध-अंतर रचना—आत दिसते. परिणामी, दिलेल्या घटकाची कार्यक्षमता विशिष्ट सेमीकंडक्टर स्ट्रक्चरमध्ये मिळणाऱ्या इनोमोजेनिटी वैशिष्ट्यांवर तसेच फोटोकंडक्टिव्हिटीवर अवलंबून असते.

सौर सेलमधील नुकसान कमी करण्यासाठी, त्यांच्या उत्पादनामध्ये अनेक नियम वापरले जातात. प्रथम, अर्धसंवाहक वापरले जातात ज्यांचे बँडगॅप फक्त सूर्यप्रकाशासाठी इष्टतम आहे, उदाहरणार्थ सिलिकॉन आणि गॅलियम आर्सेनाइडचे संयुगे. दुसरे, इष्टतम डोपिंगद्वारे संरचनेचे गुणधर्म सुधारले जातात. विषम आणि श्रेणीबद्ध संरचनांना प्राधान्य दिले जाते. लेयरची इष्टतम जाडी, p-n-जंक्शनची खोली आणि संपर्क ग्रिडचे सर्वोत्तम पॅरामीटर्स निवडले आहेत.

कॅस्केड घटक देखील तयार केले जातात, जेथे वेगवेगळ्या वारंवारता बँडसह अनेक अर्धसंवाहक कार्य करतात, जेणेकरून एका कॅस्केडमधून गेल्यानंतर, प्रकाश दुसर्‍या भागात प्रवेश करतो, इ. सौर स्पेक्ट्रमचे विघटन करण्याची कल्पना आशादायक दिसते, जेणेकरून प्रत्येक प्रदेश फोटोसेलच्या स्वतंत्र विभागातून बदलले जातात.

आज बाजारात तीन मुख्य प्रकारचे फोटोव्होल्टेइक पेशी आहेत: मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन, पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन आणि पातळ फिल्म.पातळ फिल्म्स सर्वात आश्वासक मानल्या जातात कारण ते भटक्या प्रकाशासाठीही संवेदनशील असतात, वक्र पृष्ठभागावर ठेवता येतात, सिलिकॉनसारखे ठिसूळ नसतात आणि उच्च ऑपरेटिंग तापमानातही ते प्रभावी असतात.

हे देखील पहा: सौर पेशी आणि मॉड्यूल्सची कार्यक्षमता