सौर पॅनेलसाठी फोटोव्होल्टेइक पेशींचे उत्पादन

कोणत्याही फोटोव्होल्टेइक स्थापनेचा आधार नेहमी फोटोव्होल्टेइक मॉड्यूल असतो. फोटोव्होल्टेइक मॉड्युल हे इलेक्ट्रोव्होल्टेइक सेल्सचे एकत्र जोडलेले संयोजन आहे. फोटोव्होल्टेइक या शब्दामध्ये «फोटो» (ग्रीकमधून. लाइट) आणि «व्होल्ट» (अॅलेसॅन्ड्रो व्होल्टा - १७४५-१८२७, इटालियन भौतिकशास्त्रज्ञ) - विद्युत अभियांत्रिकीमधील व्होल्टेज मोजण्याचे एकक असे दोन शब्द आहेत. फोटोव्होल्टेइक या शब्दाचे विश्लेषण करून, आपण असे म्हणू शकतो - ते आहे प्रकाशाचे विजेमध्ये रूपांतर करणे.

एक फोटोव्होल्टेइक सेल (सौर सेल) सौर किरणोत्सर्ग रूपांतरित करून वीज निर्माण करण्यासाठी वापरला जातो. फोटोसेल हा n-प्रकार आणि p-प्रकार अर्धसंवाहकांनी बनलेला डायोड म्हणून विचार केला जाऊ शकतो ज्यामध्ये वाहक-कमी झालेला प्रदेश तयार होतो, म्हणून एक अप्रकाशित फोटोसेल डायोडसारखा असतो आणि त्याचे वर्णन डायोड म्हणून केले जाऊ शकते.

1 आणि 3 eV मधील रुंदी असलेल्या सेमीकंडक्टरसाठी, कमाल सैद्धांतिक कार्यक्षमता 30% पर्यंत पोहोचू शकते. बँड गॅप ही किमान फोटॉन ऊर्जा आहे जी व्हॅलेन्स बँडमधून वहन बँडवर इलेक्ट्रॉन उचलू शकते. सर्वात सामान्य व्यावसायिक सौर पेशी आहेत चकमक घटक.

सिलिकॉन मोनोक्रिस्टल्स आणि पॉलीक्रिस्टल्स. फोटोव्होल्टेइक मॉड्यूल्सच्या निर्मितीसाठी सिलिकॉन आज सर्वात सामान्य घटकांपैकी एक आहे. तथापि, सौर किरणोत्सर्गाच्या कमी शोषणामुळे, सिलिकॉन क्रिस्टल सौर पेशी सामान्यतः 300 µm रुंद बनविल्या जातात. सिलिकॉन मोनोक्रिस्टलाइन फोटोसेलची कार्यक्षमता 17% पर्यंत पोहोचते.

जर आपण पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन फोटोसेल घेतला, तर त्याची कार्यक्षमता मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉनपेक्षा 5% कमी आहे. पॉलीक्रिस्टलची धान्य सीमा चार्ज वाहकांचे पुनर्संयोजन केंद्र आहे. पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन क्रिस्टल्सचा आकार काही मिमी ते एक सेमी पर्यंत बदलू शकतो.

गॅलियम आर्सेनाइड (GaAs). गॅलियम आर्सेनाइड सौर पेशींनी प्रयोगशाळेच्या परिस्थितीत 25% ची कार्यक्षमता आधीच दर्शविली आहे. ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्ससाठी विकसित गॅलियम आर्सेनाइड मोठ्या प्रमाणात तयार करणे कठीण आणि सौर पेशींसाठी खूप महाग आहे. गॅलियम आर्सेनाइड सौर पेशी लावल्या जातात सौर एकाग्र यंत्रांसह, तसेच कॉस्मोनॉटिक्ससाठी.

पातळ फिल्म फोटोसेल तंत्रज्ञान. सिलिकॉन पेशींचे मुख्य नुकसान म्हणजे त्यांची उच्च किंमत. अनाकार सिलिकॉन (a-Si), कॅडमियम टेल्युराइड (CdTe) किंवा कॉपर-इंडियम डिसेलिनाइड (CuInSe2) यापासून बनवलेल्या पातळ-फिल्म पेशी उपलब्ध आहेत. पातळ फिल्म सौर पेशींचा फायदा म्हणजे कच्च्या मालाची बचत आणि सिलिकॉन सौर पेशींच्या तुलनेत स्वस्त उत्पादन. म्हणून, आम्ही असे म्हणू शकतो की पातळ-फिल्म उत्पादनांना फोटोसेल्समध्ये वापरण्याची शक्यता आहे.

नकारात्मक बाजू अशी आहे की काही सामग्री अत्यंत विषारी असतात, त्यामुळे उत्पादनाची सुरक्षितता आणि पुनर्वापर महत्त्वाची भूमिका बजावते. याव्यतिरिक्त, टेल्युराइड हे सिलिकॉनच्या तुलनेत कमी होणारे संसाधन आहे.पातळ-फिल्म फोटोसेलची कार्यक्षमता 11% (CuInSe2) पर्यंत पोहोचते.

1960 च्या दशकाच्या सुरुवातीस, सौर सेलची किंमत अंदाजे $1,000/W पीक पॉवर होती आणि ते बहुतेक अंतराळात तयार केले गेले होते. 1970 च्या दशकात, फोटोसेलचे मोठ्या प्रमाणावर उत्पादन सुरू झाले आणि त्यांची किंमत $100/W पर्यंत घसरली. पुढील प्रगती आणि फोटोसेलच्या किमतीत घट झाल्यामुळे घरगुती गरजांसाठी फोटोसेल वापरणे शक्य झाले. विशेषत: वीजवाहिन्यांपासून दूर राहणाऱ्या लोकसंख्येच्या काही भागांसाठी आणि मानक वीज पुरवठा, फोटोव्होल्टेइक मॉड्यूल एक चांगला पर्याय बनला आहे.

फोटो पहिला सिलिकॉन-आधारित सोलर सेल दर्शवितो. हे 1956 मध्ये अमेरिकन कंपनी बेल लॅबोरेटरीजच्या शास्त्रज्ञ आणि अभियंते यांनी तयार केले होते. सौर सेल हे एकमेकांशी विद्युतरित्या जोडलेले फोटोव्होल्टेइक मॉड्यूल्सचे संयोजन आहे. करंट आणि व्होल्टेज सारख्या आवश्यक इलेक्ट्रिकल पॅरामीटर्सवर अवलंबून संयोजन निवडले जाते. अशा सौर बॅटरीच्या एका सेलची, 1 वॅटपेक्षा कमी वीज निर्माण होते, त्याची किंमत $250 आहे. पारंपारिक ग्रीडच्या तुलनेत उत्पादित वीज 100 पट अधिक महाग होती.

सुमारे 20 वर्षांपासून, सौर पॅनेल केवळ जागेसाठी वापरल्या जात आहेत. 1977 मध्ये, विजेची किंमत प्रति वॅट सेल $76 पर्यंत कमी करण्यात आली. कार्यक्षमता हळूहळू वाढली: 1990 च्या मध्यात 15% आणि 2000 पर्यंत 20%. या विषयावरील सध्याचा सर्वात संबंधित डेटा —सौर पेशी आणि मॉड्यूल्सची कार्यक्षमता

सिलिकॉन सौर पेशींचे उत्पादन अंदाजे तीन मुख्य टप्प्यात विभागले जाऊ शकते:

• उच्च शुद्धता सिलिकॉनचे उत्पादन;

• पातळ सिलिकॉन वॉशर तयार करणे;

• फोटोसेलची स्थापना.

उच्च शुद्धता सिलिकॉनच्या उत्पादनासाठी मुख्य कच्चा माल क्वार्ट्ज वाळू (SiO2)2) आहे. वितळणे इलेक्ट्रोलिसिसद्वारे प्राप्त होते मेटलर्जिकल सिलिकॉनज्याची शुद्धता 98% पर्यंत आहे. जेव्हा वाळू 1800 डिग्री सेल्सिअस उच्च तापमानात कार्बनशी संवाद साधते तेव्हा सिलिकॉन पुनर्प्राप्ती प्रक्रिया होते:

फोटोसेलच्या उत्पादनासाठी ही शुद्धता पुरेशी नाही, म्हणून त्यावर पुढील प्रक्रिया करणे आवश्यक आहे. सेमीकंडक्टर उद्योगासाठी सिलिकॉनचे पुढील शुद्धीकरण सीमेन्सने विकसित केलेल्या तंत्रज्ञानाचा वापर करून जगभरात व्यावहारिकरित्या केले जाते.

"सीमेन्स प्रक्रिया" हायड्रोक्लोरिक ऍसिडसह मेटलर्जिकल सिलिकॉनच्या प्रतिक्रियेद्वारे सिलिकॉनचे शुद्धीकरण होते, परिणामी ट्रायक्लोरोसिलेन (SiHCl3):

ट्रायक्लोरोसिलेन (SiHCl3) द्रव अवस्थेत आहे, म्हणून ते सहजपणे हायड्रोजनपासून वेगळे केले जाते. याव्यतिरिक्त, ट्रायक्लोरोसिलेनचे वारंवार डिस्टिलेशन केल्याने त्याची शुद्धता 10-10% पर्यंत वाढते.

त्यानंतरची प्रक्रिया — शुद्ध ट्रायक्लोरोसिलेनचे पायरोलिसिस — उच्च-शुद्धता पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन तयार करण्यासाठी वापरली जाते. परिणामी पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन अर्धसंवाहक उद्योगात वापरण्याच्या अटी पूर्णपणे पूर्ण करत नाही, परंतु सौर फोटोव्होल्टेइक उद्योगासाठी, सामग्रीची गुणवत्ता पुरेशी आहे.

पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉनच्या उत्पादनासाठी कच्चा माल आहे. मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉनच्या उत्पादनासाठी दोन पद्धती वापरल्या जातात - झोक्रॅल्स्की पद्धत आणि झोन मेल्टिंग पद्धत.

झोक्राल्स्कीची पद्धत ऊर्जा गहन आहे तसेच भौतिक गहन आहे. तुलनेने कमी प्रमाणात पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन क्रूसिबलमध्ये चार्ज केले जाते आणि व्हॅक्यूममध्ये वितळले जाते.मोनोसिलिकॉनचे एक लहान बियाणे वितळण्याच्या पृष्ठभागावर पडते आणि नंतर, पृष्ठभागाच्या तणावाच्या शक्तीमुळे, त्याच्या मागे दंडगोलाकार पिंड खेचते, वळते, वर येते.

सध्या, काढलेल्या इनगॉट्सचा व्यास 300 मिमी पर्यंत आहे. 100-150 मिमी व्यासासह इनगॉट्सची लांबी 75-100 सेमीपर्यंत पोहोचते. वाढवलेला पिंडाची क्रिस्टल रचना बीजाच्या मोनोक्रिस्टलाइन रचनेची पुनरावृत्ती करते. इंगॉटचा व्यास आणि लांबी वाढवणे, तसेच त्याच्या कापण्याचे तंत्रज्ञान सुधारणे, कचऱ्याचे प्रमाण कमी करेल, त्यामुळे परिणामी फोटोसेलची किंमत कमी होईल.

बेल्ट तंत्रज्ञान. मोबिल सोलर एनर्जी कॉर्पोरेशनने विकसित केलेली तांत्रिक प्रक्रिया वितळलेल्या सिलिकॉनच्या पट्ट्या खेचून त्यावर सौर पेशी तयार करण्यावर आधारित आहे. मॅट्रिक्स सिलिकॉन वितळण्यात अंशतः बुडविले जाते आणि केशिका प्रभावामुळे, पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन वर येते, रिबन बनते. वितळते स्फटिक बनते आणि मॅट्रिक्समधून काढून टाकले जाते. उत्पादकता वाढविण्यासाठी, उपकरणे तयार केली गेली आहेत, ज्यावर एकाच वेळी नऊ बेल्ट प्राप्त करणे शक्य आहे. परिणाम म्हणजे नऊ बाजू असलेला प्रिझम.

बेल्टचा फायदा असा आहे की ते कमी किमतीचे आहेत कारण पिंड कापण्याची प्रक्रिया वगळण्यात आली आहे. याव्यतिरिक्त, आयताकृती फोटोव्होल्टेइक पेशी सहजपणे मिळवता येतात, तर मोनोक्रिस्टलाइन प्लेट्सचा गोल आकार फोटोव्होल्टेइक मॉड्यूलमध्ये फोटोव्होल्टेइक सेलच्या चांगल्या प्लेसमेंटमध्ये योगदान देत नाही.

परिणामी पॉलीक्रिस्टलाइन किंवा मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन रॉड्स 0.2-0.4 मिमी जाडीच्या पातळ वेफर्समध्ये कापल्या पाहिजेत. मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉनची रॉड कापताना, सुमारे 50% सामग्रीचे नुकसान होते.तसेच, गोल वॉशर नेहमी नसतात, परंतु बर्याचदा, चौरस आकार बनविण्यासाठी कट करतात.