बहु जंक्शन सौर सेल

बहु-जंक्शन (MJ) सौर कोशिकाएं सौर कोशिकाएं होती हैं जिनमें विभिन्न अर्धचालक पदार्थों से बने कई पी-एन जंक्शन होते हैं। प्रत्येक सामग्री के पीएन जंक्शन प्रकाश के विभिन्न तरंग दैर्ध्य के जवाब में विद्युत प्रवाह का उत्पादन करेगा।एकाधिक अर्धचालक पदार्थों का उपयोग तरंगदैर्ध्य की एक विस्तृत श्रृंखला के अवशोषण की अनुमति देता है, जिससे सेल की सूर्य की रोशनी में विद्युत ऊर्जा रूपांतरण दक्षता में सुधार होता है।

पारंपरिक एकल जंक्शन कोशिकाओं की अधिकतम सैद्धांतिक दक्षता 33.16% है। सैद्धांतिक रूप से, जंक्शनों की एक अनंत संख्या में अत्यधिक केंद्रित सूरज की रोशनी के तहत 86.8% की सीमित दक्षता होगी।

वर्तमान में, पारंपरिक क्रिस्टलीय सिलिकॉन सौर कोशिकाओं के सर्वोत्तम प्रयोगशाला उदाहरणों में 20% और 25% के बीच क्षमता होती है, जबकि बहु-जंक्शन कोशिकाओं के प्रयोगशाला उदाहरणों ने 46% से अधिक केंद्रित सूरज की रोशनी के प्रदर्शन का प्रदर्शन किया है। टंडेम कोशिकाओं के वाणिज्यिक उदाहरण एक-सूरज रोशनी के तहत 30% पर व्यापक रूप से उपलब्ध हैं, और केंद्रित सूर्यप्रकाश के तहत लगभग 40% तक सुधार करते हैं। हालांकि, यह दक्षता बढ़ती जटिलता और विनिर्माण मूल्य की लागत पर प्राप्त की जाती है। आज तक, उनकी उच्च कीमत और उच्च मूल्य-से-प्रदर्शन अनुपात ने अपने उपयोग को विशेष भूमिकाओं तक सीमित कर दिया है, विशेष रूप से एयरोस्पेस में जहां उनके उच्च शक्ति-से-वजन अनुपात वांछनीय है। स्थलीय अनुप्रयोगों में, ये सौर कोशिकाएं दुनिया भर में प्रतिष्ठानों की बढ़ती संख्या के साथ सांद्रता फोटोवोल्टिक्स (सीपीवी) में उभर रही हैं।

मौजूदा डिजाइनों के प्रदर्शन में सुधार के लिए टंडेम फैब्रिकेशन तकनीकों का उपयोग किया गया है। विशेष रूप से, तकनीक को कम लागत वाली पतली फिल्म सौर कोशिकाओं पर लागू किया जा सकता है, जो पारंपरिक क्रिस्टलीय सिलिकॉन के विपरीत, असंगत सिलिकॉन का उपयोग करते हुए, लगभग 10% दक्षता वाले हल्के और लचीले होते हैं। इस दृष्टिकोण का उपयोग कई वाणिज्यिक विक्रेताओं द्वारा किया गया है, लेकिन ये उत्पाद वर्तमान में कुछ विशिष्ट भूमिकाओं तक सीमित हैं, जैसे छत सामग्री।

विवरण

सौर कोशिकाओं की मूल बातें

पारंपरिक फोटोवोल्टिक कोशिकाएं आम तौर पर ऊपर और नीचे जमा धातु संपर्कों के साथ डॉपड सिलिकॉन से बना होती हैं। डोपिंग आम तौर पर सेल के शीर्ष पर एक पतली परत पर लागू होती है, जो एक विशेष बैंडगैप ऊर्जा, ईजी के साथ पीएन जंक्शन उत्पन्न करती है।

सौर कोशिका के शीर्ष पर आने वाले फोटॉन या तो सेल में प्रतिबिंबित या प्रसारित होते हैं। प्रेषित फोटॉनों में एचवी ,, एक इलेक्ट्रॉन के लिए अपनी ऊर्जा, एच ν , देने की क्षमता होती है, जो एक इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़ी उत्पन्न करता है। कमी क्षेत्र में, बहाव विद्युत क्षेत्र एड्रिफ्ट इलेक्ट्रॉनों और छेद दोनों को अपने संबंधित एन-डोपेड और पी-डोप्ड क्षेत्रों (क्रमशः ऊपर और नीचे) की ओर बढ़ाता है। परिणामी वर्तमान आईजी को जेनरेटेड फोटोकुरेंट कहा जाता है। अर्ध-तटस्थ क्षेत्र में, स्कैटरिंग इलेक्ट्रिक फील्ड एस्कैट पी-डोप्ड (एन-डोप्ड) क्षेत्र की तरफ छेद (इलेक्ट्रॉन) को बढ़ाता है, जो एक बिखरने वाली फोटोकुरेंट इप्सकैट (इंस्कैट) देता है। नतीजतन, शुल्कों के संचय के कारण, एक संभावित वी और एक फोटोक्रेंट आईएफ दिखाई देते हैं। इस फोटोकुरेंट के लिए अभिव्यक्ति पीढ़ी और स्कैटरिंग फोटोकुरेंट्स जोड़कर प्राप्त की जाती है: आईएफ = आईजी + इंस्काट + आईपीएसकैट।

रोशनी के तहत एक सौर कोशिका के जेवी विशेषताओं (जे वर्तमान घनत्व, यानी वर्तमान प्रति यूनिट क्षेत्र) आईएफ द्वारा अंधेरे में एक डायोड की जेवी विशेषताओं को स्थानांतरित करके प्राप्त किया जाता है। चूंकि सौर कोशिकाओं को बिजली की आपूर्ति करने और इसे अवशोषित करने के लिए डिज़ाइन नहीं किया गया है, इसलिए बिजली पी = वी · आईएफ नकारात्मक होना चाहिए। इसलिए, ऑपरेटिंग पॉइंट (वीएम, जेएम) उस क्षेत्र में स्थित है जहां वी> 0 और आईएफ

श्रेणियाँ प्रौद्योगिकी η (%) वी _ओसी(वी) मैं _{अनुसूचित जाति}(ए) डब्ल्यू / वर्ग मीटर टी (μm) क्रिस्टलीय सिलिकॉन कोशिकाओं monocrystalline 24.7 0.5 0.8 63 100 पॉलीसिलिकॉन 20.3 0.615 8.35 211 200 पतली फिल्म सौर कोशिकाओं असंगत सिलिकॉन 11.1 0.63 0.089 33 1 CdTe 16.5 0.86 0.029 – 5 CIGS 19.5 – – – 1 बहु जंक्शन कोशिकाओं एमजे 40.7 2.6 1.81 476 140

एमजे सौर कोशिकाओं और अन्य फोटोवोल्टिक उपकरणों में महत्वपूर्ण अंतर हैं (उपरोक्त तालिका देखें)। शारीरिक रूप से, एक बड़े फोटॉन ऊर्जा स्पेक्ट्रम को पकड़ने के लिए एमजे सौर सेल की मुख्य संपत्ति में एक से अधिक पीएन जंक्शन होते हैं जबकि पतली फिल्म सौर सेल की मुख्य संपत्ति मोटी परतों की बजाय पतली फिल्मों का उपयोग करना है ताकि कम हो सके लागत दक्षता अनुपात। 2010 तक, एमजे सौर पैनल दूसरों की तुलना में अधिक महंगी हैं। ये मतभेद अलग-अलग अनुप्रयोगों को इंगित करते हैं: एमजे सौर कोशिकाओं को स्थलीय अनुप्रयोगों के लिए अंतरिक्ष और सी-सी सौर कोशिकाओं में प्राथमिकता दी जाती है।

सौर कोशिकाओं और सी सौर प्रौद्योगिकी की क्षमता अपेक्षाकृत स्थिर है, जबकि सौर मॉड्यूल और बहु-जंक्शन प्रौद्योगिकी की दक्षता प्रगति कर रही है।

एमजे सौर कोशिकाओं पर मापन आमतौर पर प्रयोगशाला में किया जाता है, प्रकाश सांद्रता (यह अक्सर अन्य कोशिकाओं के लिए नहीं होता है) और मानक परीक्षण स्थितियों (एसटीसी) के तहत प्रयोग किया जाता है। एसटीसी, स्थलीय अनुप्रयोगों के लिए, एएम 1.5 स्पेक्ट्रम संदर्भ के रूप में निर्धारित करते हैं। यह वायु द्रव्यमान (एएम) 48 डिग्री के आकाश में सूर्य की एक निश्चित स्थिति और 833 डब्लू / एम² की एक निश्चित शक्ति से मेल खाता है। इसलिए, एसटीसी के तहत घटना प्रकाश और पर्यावरण मानकों के वर्णक्रमीय बदलावों को ध्यान में नहीं रखा जाता है।

नतीजतन, स्थलीय पर्यावरण में एमजे सौर कोशिकाओं का प्रदर्शन प्रयोगशाला में हासिल करने के लिए कम है। इसके अलावा, एमजे सौर कोशिकाओं को इस प्रकार डिजाइन किया गया है कि धाराएं एसटीसी के तहत मेल खाती हैं, लेकिन आवश्यक रूप से क्षेत्र की स्थितियों के तहत नहीं। कोई भी विभिन्न तकनीकों के प्रदर्शन की तुलना करने के लिए क्यूई (λ) का उपयोग कर सकता है, लेकिन क्यूई (λ) में उप-समूह की धाराओं के मिलान पर कोई जानकारी नहीं है। एक महत्वपूर्ण तुलना बिंदु एक ही घटना प्रकाश के साथ उत्पन्न प्रति यूनिट क्षेत्र की आउटपुट पावर है।

अनुप्रयोगों

2010 तक, विशेष अनुप्रयोगों के बाहर उपयोग की अनुमति देने के लिए एमजे सौर कोशिकाओं की लागत बहुत अधिक थी। उच्च लागत मुख्य रूप से जटिल संरचना और सामग्रियों की उच्च कीमत के कारण होती है। फिर भी, कम से कम 400 सूरज की रोशनी के तहत हल्के सांद्रता के साथ, एमजे सौर पैनल व्यावहारिक बन जाते हैं।

चूंकि कम महंगे बहु-जंक्शन सामग्री उपलब्ध हो जाती है अन्य अनुप्रयोगों में विभिन्न वायुमंडलीय स्थितियों के साथ माइक्रोक्रिमेट्स के लिए बैंडगैप इंजीनियरिंग शामिल होती है।

वर्तमान में मंगल ग्रह रोवर मिशन में एमजे कोशिकाओं का उपयोग किया जा रहा है।

अंतरिक्ष में पर्यावरण काफी अलग है। चूंकि कोई वातावरण नहीं है, इसलिए सौर स्पेक्ट्रम अलग है (एएम 0)। 1.87eV बनाम 1.87eV और 1.42eV के बीच फोटोनों के अधिक फोटॉन प्रवाह के कारण कोशिकाओं का खराब वर्तमान मिलान होता है। इसके परिणामस्वरूप GaA जंक्शन में बहुत कम प्रवाह होता है, और समग्र दक्षता को प्रभावित करता है क्योंकि आईएनजीएपी जंक्शन एमपीपी वर्तमान के नीचे संचालित होता है और GaA जंक्शन जंक्शन एमपीपी के ऊपर संचालित होता है। वर्तमान मैच को बेहतर बनाने के लिए, इनजीएपी परत को जानबूझकर पतला किया जाता है ताकि अतिरिक्त फोटॉन को निम्न GaAs परत में प्रवेश करने की अनुमति मिल सके।

स्थलीय सांद्रता अनुप्रयोगों में, वायुमंडल द्वारा नीली रोशनी के बिखरने से 1.87eV से ऊपर फोटॉन प्रवाह कम हो जाता है, जो जंक्शन धाराओं को बेहतर संतुलित करता है। विकिरण कण जिन्हें अब फ़िल्टर नहीं किया जाता है, सेल को नुकसान पहुंचा सकते हैं। दो प्रकार के नुकसान होते हैं: आयनीकरण और परमाणु विस्थापन। फिर भी, एमजे कोशिकाएं उच्च विकिरण प्रतिरोध, उच्च दक्षता और कम तापमान गुणांक प्रदान करती हैं।