சோலார் பேனல்களுக்கான ஒளிமின்னழுத்த செல்கள் உற்பத்தி

எந்தவொரு ஒளிமின்னழுத்த நிறுவலின் அடிப்படையும் எப்போதும் ஒரு ஒளிமின்னழுத்த தொகுதி ஆகும். ஃபோட்டோவோல்டாயிக் தொகுதி என்பது மின்னோட்டத்தில் ஒன்றாக இணைக்கப்பட்ட ஒளிமின்னழுத்த செல்களின் கலவையாகும். ஒளிமின்னழுத்தம் என்ற சொல் இரண்டு சொற்களைக் கொண்டுள்ளது «புகைப்படம்» (கிரேக்க மொழியில் இருந்து. ஒளி) மற்றும் «வோல்ட்» (அலெஸாண்ட்ரோ வோல்டா - 1745-1827, இத்தாலிய இயற்பியலாளர்) - மின் பொறியியலில் மின்னழுத்தத்திற்கான அளவீட்டு அலகு. ஒளிமின்னழுத்தம் என்ற சொல்லை பகுப்பாய்வு செய்து, நாம் சொல்லலாம் - அது ஒளியை மின்சாரமாக மாற்றுகிறது.

ஒரு ஒளிமின்னழுத்த செல் (சோலார் செல்) சூரிய கதிர்வீச்சை மாற்றுவதன் மூலம் மின்சாரம் தயாரிக்க பயன்படுகிறது. ஃபோட்டோசெல் என்பது கேரியர்-குறைந்த பகுதியுடன் n-வகை மற்றும் p-வகை குறைக்கடத்திகளால் ஆன ஒரு டையோடு என்று கருதலாம், எனவே ஒளியில்லாத ஒளிச்சேர்க்கை ஒரு டையோடு போன்றது மற்றும் ஒரு டையோடு என விவரிக்கப்படலாம்.

1 மற்றும் 3 eV இடையே அகலம் கொண்ட குறைக்கடத்திகளுக்கு, அதிகபட்ச தத்துவார்த்த திறன் 30% வரை அடையலாம். பேண்ட் இடைவெளி என்பது எலக்ட்ரானை வேலன்ஸ் பேண்டிலிருந்து கடத்தல் பட்டைக்கு உயர்த்தக்கூடிய குறைந்தபட்ச ஃபோட்டான் ஆற்றலாகும். மிகவும் பொதுவான வணிக சூரிய மின்கலங்கள் பிளின்ட் கூறுகள்.

சிலிக்கான் மோனோகிரிஸ்டல்கள் மற்றும் பாலிகிரிஸ்டல்கள். சிலிக்கான் இன்று ஒளிமின்னழுத்த தொகுதிகள் உற்பத்திக்கான பொதுவான கூறுகளில் ஒன்றாகும். இருப்பினும், சூரிய கதிர்வீச்சின் குறைந்த உறிஞ்சுதல் காரணமாக, சிலிக்கான் படிக சூரிய மின்கலங்கள் பொதுவாக 300 µm அகலத்தில் உருவாக்கப்படுகின்றன. சிலிக்கான் மோனோகிரிஸ்டலின் ஃபோட்டோசெல்லின் செயல்திறன் 17% ஐ அடைகிறது.

நாம் ஒரு பாலிகிரிஸ்டலின் சிலிக்கான் போட்டோசெல்லை எடுத்துக் கொண்டால், அதன் செயல்திறன் மோனோகிரிஸ்டலின் சிலிக்கானை விட 5% குறைவாக இருக்கும். பாலிகிரிஸ்டலின் தானிய எல்லையானது சார்ஜ் கேரியர்களின் மறுசீரமைப்பு மையமாகும். பாலிகிரிஸ்டலின் சிலிக்கான் படிகங்களின் அளவு சில மிமீ முதல் ஒரு செமீ வரை மாறுபடும்.

காலியம் ஆர்சனைடு (GaAs). காலியம் ஆர்சனைடு சூரிய மின்கலங்கள் ஏற்கனவே ஆய்வக நிலைகளில் 25% செயல்திறனை நிரூபித்துள்ளன. ஒளிமின்னணுக்களுக்காக உருவாக்கப்பட்ட காலியம் ஆர்சனைடு, பெரிய அளவில் உற்பத்தி செய்வது கடினம் மற்றும் சூரிய மின்கலங்களுக்கு மிகவும் விலை உயர்ந்தது. காலியம் ஆர்சனைடு சூரிய மின்கலங்கள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன சூரிய செறிவூட்டிகளுடன், அத்துடன் காஸ்மோனாட்டிக்ஸ்.

தின் ஃபிலிம் போட்டோசெல் தொழில்நுட்பம். சிலிக்கான் கலங்களின் முக்கிய தீமை அவற்றின் அதிக விலை. உருவமற்ற சிலிக்கான் (a-Si), காட்மியம் டெல்லூரைடு (CdTe) அல்லது காப்பர்-இண்டியம் டிஸ்லினைடு (CuInSe2) ஆகியவற்றால் செய்யப்பட்ட மெல்லிய-பட செல்கள் கிடைக்கின்றன. மெல்லிய படல சூரிய மின்கலங்களின் நன்மை மூலப்பொருட்களின் சேமிப்பு மற்றும் சிலிக்கான் சூரிய மின்கலங்களுடன் ஒப்பிடும்போது மலிவான உற்பத்தி ஆகும். எனவே, மெல்லிய-பட தயாரிப்புகளுக்கு ஃபோட்டோசெல்களில் பயன்படுத்த வாய்ப்புகள் உள்ளன என்று நாம் கூறலாம்.

தீங்கு என்னவென்றால், சில பொருட்கள் மிகவும் நச்சுத்தன்மை வாய்ந்தவை, எனவே தயாரிப்பு பாதுகாப்பு மற்றும் மறுசுழற்சி ஆகியவை முக்கிய பங்கு வகிக்கின்றன. கூடுதலாக, சிலிக்கானுடன் ஒப்பிடும்போது டெல்லூரைடு ஒரு குறையும் வளமாகும்.மெல்லிய-பட போட்டோசெல்களின் செயல்திறன் 11% (CuInSe2) ஐ அடைகிறது.

1960 களின் முற்பகுதியில், சூரிய மின்கலங்களின் விலை தோராயமாக $1,000/W உச்ச சக்தி மற்றும் பெரும்பாலும் விண்வெளியில் தயாரிக்கப்பட்டது. 1970 களில், ஃபோட்டோசெல்களின் பெருமளவிலான உற்பத்தி தொடங்கியது மற்றும் அவற்றின் விலை $100/W ஆகக் குறைந்தது. மேலும் முன்னேற்றம் மற்றும் போட்டோசெல்களின் விலை குறைப்பு ஆகியவை வீட்டுத் தேவைகளுக்கு ஒளிச்சேர்க்கைகளைப் பயன்படுத்துவதை சாத்தியமாக்கியது.குறிப்பாக மின் இணைப்புகளிலிருந்து வெகு தொலைவில் வாழும் மக்கள்தொகை மற்றும் நிலையான மின்சாரம், ஒளிமின்னழுத்த தொகுதிகள் ஒரு நல்ல மாற்றாக மாறிவிட்டன.

புகைப்படம் முதல் சிலிக்கான் அடிப்படையிலான சூரிய மின்கலத்தைக் காட்டுகிறது. இது 1956 ஆம் ஆண்டில் அமெரிக்க நிறுவனமான பெல் ஆய்வகத்தின் விஞ்ஞானிகள் மற்றும் பொறியாளர்களால் உருவாக்கப்பட்டது. சூரிய மின்கலம் என்பது ஒன்றுக்கொன்று மின்சாரம் மூலம் இணைக்கப்பட்ட ஒளிமின்னழுத்த தொகுதிகளின் கலவையாகும். தற்போதைய மற்றும் மின்னழுத்தம் போன்ற தேவையான மின் அளவுருக்களைப் பொறுத்து கலவை தேர்ந்தெடுக்கப்படுகிறது. அத்தகைய சோலார் பேட்டரியின் ஒரு செல், 1 வாட் மின்சாரத்தை விட குறைவாக உற்பத்தி செய்கிறது, அதன் விலை $250 ஆகும். வழக்கமான மின்சாரத்தை விட 100 மடங்கு அதிக விலை கொண்டது.

கிட்டத்தட்ட 20 ஆண்டுகளாக, சோலார் பேனல்கள் விண்வெளிக்கு மட்டுமே பயன்படுத்தப்படுகின்றன. 1977 ஆம் ஆண்டில், மின்சாரத்தின் விலை ஒரு வாட் கலத்திற்கு $76 ஆக குறைக்கப்பட்டது. செயல்திறன் படிப்படியாக அதிகரித்தது: 1990 களின் நடுப்பகுதியில் 15% மற்றும் 2000 இல் 20%. இந்த தலைப்பில் தற்போதைய மிகவும் பொருத்தமான தரவு —சூரிய மின்கலங்கள் மற்றும் தொகுதிகளின் செயல்திறன்

சிலிக்கான் சூரிய மின்கலங்களின் உற்பத்தியை தோராயமாக மூன்று முக்கிய நிலைகளாகப் பிரிக்கலாம்:

• உயர் தூய்மை சிலிக்கான் உற்பத்தி;

• மெல்லிய சிலிகான் துவைப்பிகள் தயாரித்தல்;

• ஃபோட்டோசெல் நிறுவுதல்.

உயர் தூய்மையான சிலிக்கான் உற்பத்திக்கான முக்கிய மூலப்பொருள் குவார்ட்ஸ் மணல் (SiO2)2). உருகும் மின்னாற்பகுப்பு மூலம் பெறப்படுகிறது உலோகவியல் சிலிக்கான்98% வரை தூய்மை கொண்டது. 1800 டிகிரி செல்சியஸ் அதிக வெப்பநிலையில் கார்பனுடன் மணல் தொடர்பு கொள்ளும்போது சிலிக்கான் மீட்பு செயல்முறை நடைபெறுகிறது:

ஃபோட்டோசெல் உற்பத்திக்கு இந்த அளவு தூய்மை போதுமானதாக இல்லை, எனவே இது மேலும் செயலாக்கப்பட வேண்டும். செமிகண்டக்டர் தொழிலுக்கான சிலிக்கானின் மேலும் சுத்திகரிப்பு, சீமென்ஸ் உருவாக்கிய தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தி நடைமுறையில் உலகம் முழுவதும் மேற்கொள்ளப்படுகிறது.

"சீமென்ஸ் செயல்முறை" ஹைட்ரோகுளோரிக் அமிலத்துடன் உலோகவியல் சிலிக்கானின் எதிர்வினை மூலம் சிலிக்கானின் சுத்திகரிப்பு ஆகும், இதன் விளைவாக ட்ரைக்ளோரோசிலேன் (SiHCl3):

டிரைக்ளோரோசிலேன் (SiHCl3) திரவ நிலையில் உள்ளது, எனவே இது ஹைட்ரஜனில் இருந்து எளிதில் பிரிக்கப்படுகிறது. கூடுதலாக, டிரைக்ளோரோசிலேனை மீண்டும் மீண்டும் வடிகட்டுவது அதன் தூய்மையை 10-10% ஆக அதிகரிக்கிறது.

அடுத்தடுத்த செயல்முறை - சுத்திகரிக்கப்பட்ட ட்ரைக்ளோரோசிலேனின் பைரோலிசிஸ் - உயர்-தூய்மை பாலிகிரிஸ்டலின் சிலிக்கானை உருவாக்க பயன்படுகிறது. இதன் விளைவாக வரும் பாலிகிரிஸ்டலின் சிலிக்கான், குறைக்கடத்தி தொழிலில் பயன்படுத்துவதற்கான நிபந்தனைகளை முழுமையாக பூர்த்தி செய்யவில்லை, ஆனால் சூரிய ஒளிமின்னழுத்த தொழிற்துறைக்கு, பொருளின் தரம் போதுமானது.

பாலிகிரிஸ்டலின் சிலிக்கான் என்பது மோனோகிரிஸ்டலின் சிலிக்கான் உற்பத்திக்கான ஒரு மூலப்பொருள் ஆகும். மோனோகிரிஸ்டலின் சிலிக்கான் உற்பத்திக்கு இரண்டு முறைகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன - சோக்ரால்ஸ்கி முறை மற்றும் மண்டல உருகும் முறை.

சோக்ரால்ஸ்கியின் முறை ஆற்றல் மற்றும் பொருள் தீவிரமானது. ஒப்பீட்டளவில் சிறிய அளவிலான பாலிகிரிஸ்டலின் சிலிக்கான் க்ரூசிபிளில் சார்ஜ் செய்யப்பட்டு வெற்றிடத்தின் கீழ் உருகப்படுகிறது.மோனோசிலிகானின் ஒரு சிறிய விதை உருகிய மேற்பரப்பில் விழுந்து, பின்னர், முறுக்கி, எழுகிறது, அதன் பின்னால் உருளை இங்காட்டை இழுக்கிறது, மேற்பரப்பு பதற்றத்தின் சக்தி காரணமாக.

தற்போது, ​​வரையப்பட்ட இங்காட்களின் விட்டம் 300 மிமீ வரை உள்ளது. 100-150 மிமீ விட்டம் கொண்ட இங்காட்களின் நீளம் 75-100 செ.மீ., நீளமான இங்காட்டின் படிக அமைப்பு விதையின் ஒற்றைப் படிக அமைப்பை மீண்டும் செய்கிறது. ஒரு இங்காட்டின் விட்டம் மற்றும் நீளத்தை அதிகரிப்பதுடன், அதன் வெட்டும் தொழில்நுட்பத்தை மேம்படுத்துவதும், கழிவுகளின் அளவைக் குறைக்கும், இதனால் விளைந்த போட்டோசெல்களின் விலை குறைகிறது.

பெல்ட் தொழில்நுட்பம். மொபில் சோலார் எனர்ஜி கார்ப்பரேஷன் உருவாக்கிய தொழில்நுட்ப செயல்முறையானது உருகும்போது சிலிக்கான் பட்டைகளை இழுத்து அதன் மீது சூரிய மின்கலங்களை உருவாக்குவதை அடிப்படையாகக் கொண்டது. மேட்ரிக்ஸ் சிலிக்கான் உருகலில் ஓரளவு மூழ்கி, தந்துகி விளைவு காரணமாக, பாலிகிரிஸ்டலின் சிலிக்கான் உயர்ந்து, ஒரு நாடாவை உருவாக்குகிறது, உருகும் படிகமாகி மேட்ரிக்ஸிலிருந்து அகற்றப்படுகிறது. உற்பத்தித்திறனை அதிகரிப்பதற்காக, உபகரணங்கள் வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளன, அதில் ஒரே நேரத்தில் ஒன்பது பெல்ட்கள் வரை பெற முடியும். இதன் விளைவாக ஒன்பது பக்க ப்ரிஸம் உள்ளது.

பெல்ட்களின் நன்மை என்னவென்றால், இங்காட் வெட்டும் செயல்முறை விலக்கப்பட்டதன் காரணமாக அவை குறைந்த விலையில் உள்ளன. கூடுதலாக, செவ்வக ஒளிமின்னழுத்த செல்களை எளிதாகப் பெறலாம், அதே சமயம் மோனோகிரிஸ்டலின் தகடுகளின் சுற்று வடிவம் ஒளிமின்னழுத்த தொகுதியில் ஒளிமின்னழுத்த கலத்தின் நல்ல இடத்திற்கு பங்களிக்காது.

இதன் விளைவாக வரும் பாலிகிரிஸ்டலின் அல்லது மோனோகிரிஸ்டலின் சிலிக்கான் கம்பிகள் 0.2-0.4 மிமீ தடிமன் கொண்ட மெல்லிய செதில்களாக வெட்டப்பட வேண்டும். மோனோகிரிஸ்டலின் சிலிக்கான் ஒரு கம்பியை வெட்டும்போது, ​​சுமார் 50% பொருள் இழப்புகளால் இழக்கப்படுகிறது.மேலும், சுற்று துவைப்பிகள் எப்போதும் இல்லை, ஆனால் அடிக்கடி, ஒரு சதுர வடிவம் செய்ய வெட்டி.