సౌర ఫలకాల కోసం ఫోటోవోల్టాయిక్ కణాల ఉత్పత్తి

ఏదైనా కాంతివిపీడన సంస్థాపన యొక్క ఆధారం ఎల్లప్పుడూ ఫోటోవోల్టాయిక్ మాడ్యూల్. ఫోటోవోల్టాయిక్ మాడ్యూల్ అనేది విద్యుత్తుతో అనుసంధానించబడిన ఫోటోవోల్టాయిక్ కణాల కలయిక. ఫోటోవోల్టాయిక్ అనే పదం రెండు పదాలను కలిగి ఉంటుంది «ఫోటో» (గ్రీకు నుండి. కాంతి) మరియు «వోల్ట్» (అలెస్సాండ్రో వోల్టా - 1745-1827, ఇటాలియన్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త) - ఎలక్ట్రికల్ ఇంజనీరింగ్‌లో వోల్టేజ్ కోసం కొలత యూనిట్. ఫోటోవోల్టాయిక్ అనే పదాన్ని విశ్లేషిస్తే, మనం చెప్పగలం - ఇది కాంతిని విద్యుత్తుగా మారుస్తుంది.

సౌర వికిరణాన్ని మార్చడం ద్వారా విద్యుత్తును ఉత్పత్తి చేయడానికి ఫోటోవోల్టాయిక్ సెల్ (సోలార్ సెల్) ఉపయోగించబడుతుంది. ఫోటోసెల్‌ను క్యారియర్-క్షీణించిన ప్రాంతంతో ఏర్పడిన n-రకం మరియు p-రకం సెమీకండక్టర్‌లతో రూపొందించబడిన డయోడ్‌గా భావించవచ్చు, కాబట్టి ప్రకాశించని ఫోటోసెల్ డయోడ్ లాగా ఉంటుంది మరియు డయోడ్‌గా వర్ణించవచ్చు.

1 మరియు 3 eV మధ్య వెడల్పు ఉన్న సెమీకండక్టర్ల కోసం, గరిష్ట సైద్ధాంతిక సామర్థ్యాన్ని 30%కి చేరుకోవచ్చు. బ్యాండ్ గ్యాప్ అనేది వాలెన్స్ బ్యాండ్ నుండి కండక్షన్ బ్యాండ్‌కు ఎలక్ట్రాన్‌ను ఎత్తగల కనీస ఫోటాన్ శక్తి. అత్యంత సాధారణ వాణిజ్య సౌర ఘటాలు చెకుముకి మూలకాలు.

సిలికాన్ మోనోక్రిస్టల్స్ మరియు పాలీక్రిస్టల్స్. ఫోటోవోల్టాయిక్ మాడ్యూల్స్ ఉత్పత్తికి సిలికాన్ నేడు అత్యంత సాధారణ అంశాలలో ఒకటి. అయినప్పటికీ, సౌర వికిరణం యొక్క తక్కువ శోషణ కారణంగా, సిలికాన్ క్రిస్టల్ సౌర ఘటాలు సాధారణంగా 300 µm వెడల్పుతో తయారు చేయబడతాయి. సిలికాన్ మోనోక్రిస్టలైన్ ఫోటోసెల్ యొక్క సామర్థ్యం 17% కి చేరుకుంటుంది.

మనం పాలీక్రిస్టలైన్ సిలికాన్ ఫోటోసెల్ తీసుకుంటే, దాని సామర్థ్యం మోనోక్రిస్టలైన్ సిలికాన్ కంటే 5% తక్కువగా ఉంటుంది. పాలీక్రిస్టల్ యొక్క ధాన్యం సరిహద్దు ఛార్జ్ క్యారియర్‌ల పునఃసంయోగ కేంద్రం. పాలీక్రిస్టలైన్ సిలికాన్ స్ఫటికాల పరిమాణం కొన్ని mm నుండి ఒక cm వరకు మారవచ్చు.

గాలియం ఆర్సెనైడ్ (GaAs). ప్రయోగశాల పరిస్థితులలో గాలియం ఆర్సెనైడ్ సౌర ఘటాలు ఇప్పటికే 25% సామర్థ్యాన్ని ప్రదర్శించాయి. ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్స్ కోసం అభివృద్ధి చేయబడిన గాలియం ఆర్సెనైడ్, పెద్ద పరిమాణంలో ఉత్పత్తి చేయడం కష్టం మరియు సౌర ఘటాలకు చాలా ఖరీదైనది. గాలియం ఆర్సెనైడ్ సౌర ఘటాలు వర్తించబడతాయి సౌర కేంద్రీకరణలతో పాటు, అలాగే కాస్మోనాటిక్స్ కోసం.

థిన్ ఫిల్మ్ ఫోటోసెల్ టెక్నాలజీ. సిలికాన్ కణాల యొక్క ప్రధాన ప్రతికూలత వాటి అధిక ధర. నిరాకార సిలికాన్ (a-Si), కాడ్మియం టెల్యురైడ్ (CdTe) లేదా కాపర్-ఇండియం డిసెలినైడ్ (CuInSe2)తో తయారు చేయబడిన సన్నని-పొర కణాలు అందుబాటులో ఉన్నాయి. సన్నని ఫిల్మ్ సౌర ఘటాల ప్రయోజనం ముడి పదార్థాలను ఆదా చేయడం మరియు సిలికాన్ సౌర ఘటాలతో పోలిస్తే తక్కువ ఉత్పత్తి. అందువల్ల, సన్నని-ఫిల్మ్ ఉత్పత్తులకు ఫోటోసెల్స్‌లో ఉపయోగం కోసం అవకాశాలు ఉన్నాయని మేము చెప్పగలం.

ప్రతికూలత ఏమిటంటే కొన్ని పదార్థాలు చాలా విషపూరితమైనవి, కాబట్టి ఉత్పత్తి భద్రత మరియు రీసైక్లింగ్ ముఖ్యమైన పాత్ర పోషిస్తాయి. అదనంగా, టెల్యురైడ్ అనేది సిలికాన్‌తో పోలిస్తే క్షీణించే వనరు.సన్నని-ఫిల్మ్ ఫోటోసెల్స్ యొక్క సామర్థ్యం 11% (CuInSe2)కి చేరుకుంటుంది.

1960ల ప్రారంభంలో, సౌర ఘటాలు సుమారుగా $1,000/W పీక్ పవర్ ఖరీదు చేస్తాయి మరియు ఎక్కువగా అంతరిక్షంలో తయారు చేయబడ్డాయి. 1970వ దశకంలో, ఫోటోసెల్‌ల భారీ ఉత్పత్తి ప్రారంభమైంది మరియు వాటి ధర $100/Wకి పడిపోయింది. మరింత పురోగతి మరియు ఫోటోసెల్‌ల ధరలో తగ్గింపు గృహ అవసరాల కోసం ఫోటోసెల్‌లను ఉపయోగించడం సాధ్యపడింది.ముఖ్యంగా విద్యుత్ లైన్‌లకు దూరంగా నివసిస్తున్న జనాభాలో కొంత భాగం మరియు ప్రామాణిక విద్యుత్ సరఫరా, ఫోటోవోల్టాయిక్ మాడ్యూల్స్ మంచి ప్రత్యామ్నాయంగా మారాయి.

ఫోటో మొదటి సిలికాన్ ఆధారిత సౌర ఘటం చూపిస్తుంది. దీనిని 1956లో అమెరికన్ కంపెనీ బెల్ లాబొరేటరీస్ శాస్త్రవేత్తలు మరియు ఇంజనీర్లు రూపొందించారు. సౌర ఘటం అనేది ఒకదానికొకటి విద్యుత్తుతో అనుసంధానించబడిన ఫోటోవోల్టాయిక్ మాడ్యూల్స్ కలయిక. ప్రస్తుత మరియు వోల్టేజ్ వంటి అవసరమైన విద్యుత్ పారామితులపై ఆధారపడి కలయిక ఎంపిక చేయబడుతుంది. అటువంటి సోలార్ బ్యాటరీ యొక్క ఒక సెల్, 1 వాట్ కంటే తక్కువ విద్యుత్తును ఉత్పత్తి చేస్తుంది, దీని ధర $250. సంప్రదాయ గ్రిడ్‌తో పోలిస్తే 100 రెట్లు ఎక్కువ విద్యుత్‌ను ఉత్పత్తి చేశారు.

దాదాపు 20 ఏళ్లుగా సౌర ఫలకాలను అంతరిక్షం కోసం మాత్రమే ఉపయోగిస్తున్నారు. 1977లో, విద్యుత్ ధర వాట్ సెల్‌కు $76కి తగ్గించబడింది. సామర్థ్యం క్రమంగా పెరిగింది: 1990ల మధ్యలో 15% మరియు 2000 నాటికి 20%. ఈ అంశంపై ప్రస్తుత అత్యంత సంబంధిత డేటా —సౌర ఘటాలు మరియు మాడ్యూల్స్ యొక్క సామర్థ్యం

సిలికాన్ సౌర ఘటాల ఉత్పత్తిని మూడు ప్రధాన దశలుగా విభజించవచ్చు:

• అధిక స్వచ్ఛత సిలికాన్ ఉత్పత్తి;

• సన్నని సిలికాన్ దుస్తులను ఉతికే యంత్రాలను తయారు చేయడం;

• ఫోటోసెల్ యొక్క సంస్థాపన.

అధిక స్వచ్ఛత సిలికాన్ ఉత్పత్తికి ప్రధాన ముడి పదార్థం క్వార్ట్జ్ ఇసుక (SiO2)2). కరుగు విద్యుద్విశ్లేషణ ద్వారా పొందబడుతుంది మెటలర్జికల్ సిలికాన్ఇది 98% వరకు స్వచ్ఛతను కలిగి ఉంటుంది. ఇసుక 1800°C అధిక ఉష్ణోగ్రత వద్ద కార్బన్‌తో సంకర్షణ చెందినప్పుడు సిలికాన్ రికవరీ ప్రక్రియ జరుగుతుంది:

ఫోటోసెల్ ఉత్పత్తికి ఈ స్వచ్ఛత స్థాయి సరిపోదు, కాబట్టి ఇది మరింత ప్రాసెస్ చేయబడాలి. సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమ కోసం సిలికాన్ యొక్క మరింత శుద్దీకరణ సిమెన్స్ అభివృద్ధి చేసిన సాంకేతిక పరిజ్ఞానాన్ని ఉపయోగించి ప్రపంచవ్యాప్తంగా ఆచరణాత్మకంగా నిర్వహించబడుతుంది.

"సిమెన్స్ ప్రక్రియ" హైడ్రోక్లోరిక్ యాసిడ్‌తో మెటలర్జికల్ సిలికాన్ చర్య ద్వారా సిలికాన్ యొక్క శుద్దీకరణ, ఫలితంగా ట్రైక్లోరోసిలేన్ (SiHCl3):

ట్రైక్లోరోసిలేన్ (SiHCl3) ద్రవ దశలో ఉంది, కనుక ఇది హైడ్రోజన్ నుండి సులభంగా వేరు చేయబడుతుంది. అదనంగా, ట్రైక్లోరోసిలేన్ యొక్క పునరావృత స్వేదనం దాని స్వచ్ఛతను 10-10% వరకు పెంచుతుంది.

తదుపరి ప్రక్రియ - శుద్ధి చేయబడిన ట్రైక్లోరోసిలేన్ యొక్క పైరోలిసిస్ - అధిక స్వచ్ఛత పాలీక్రిస్టలైన్ సిలికాన్‌ను ఉత్పత్తి చేయడానికి ఉపయోగించబడుతుంది. ఫలితంగా పాలీక్రిస్టలైన్ సిలికాన్ పూర్తిగా సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమలో ఉపయోగం కోసం పరిస్థితులను అందుకోదు, కానీ సౌర కాంతివిపీడన పరిశ్రమకు, పదార్థం యొక్క నాణ్యత సరిపోతుంది.

పాలీక్రిస్టలైన్ సిలికాన్ మోనోక్రిస్టలైన్ సిలికాన్ ఉత్పత్తికి ముడి పదార్థం. మోనోక్రిస్టలైన్ సిలికాన్ ఉత్పత్తికి రెండు పద్ధతులు ఉపయోగించబడతాయి - క్జోక్రాల్స్కీ పద్ధతి మరియు జోన్ మెల్టింగ్ పద్ధతి.

జోక్రాల్స్కీ పద్ధతి శక్తితో కూడుకున్నది అలాగే మెటీరియల్ ఇంటెన్సివ్. సాపేక్షంగా తక్కువ మొత్తంలో పాలీక్రిస్టలైన్ సిలికాన్ క్రూసిబుల్‌లోకి ఛార్జ్ చేయబడుతుంది మరియు వాక్యూమ్ కింద కరిగిపోతుంది.మోనోసిలికాన్ యొక్క చిన్న విత్తనం మెల్ట్ యొక్క ఉపరితలంపై పడిపోతుంది మరియు తరువాత, మెలితిప్పినట్లు, పైకి లేస్తుంది, దాని వెనుక ఉన్న స్థూపాకార కడ్డీని లాగడం వలన, ఉపరితల ఉద్రిక్తత యొక్క శక్తి కారణంగా.

ప్రస్తుతం, గీసిన కడ్డీల వ్యాసాలు 300 మిమీ వరకు ఉన్నాయి. 100-150 మిమీ వ్యాసం కలిగిన కడ్డీల పొడవు 75-100 సెం.మీ.కు చేరుకుంటుంది.పొడుగుచేసిన కడ్డీ యొక్క క్రిస్టల్ నిర్మాణం సీడ్ యొక్క ఏకస్ఫటికాకార నిర్మాణాన్ని పునరావృతం చేస్తుంది. కడ్డీ యొక్క వ్యాసం మరియు పొడవును పెంచడం, అలాగే దాని కట్టింగ్ యొక్క సాంకేతికతను మెరుగుపరచడం, వ్యర్థాల మొత్తాన్ని తగ్గిస్తుంది, తద్వారా ఫలితంగా ఫోటోసెల్స్ ఖర్చు తగ్గుతుంది.

బెల్ట్ టెక్నాలజీ. మొబిల్ సోలార్ ఎనర్జీ కార్పొరేషన్ అభివృద్ధి చేసిన సాంకేతిక ప్రక్రియ కరుగు నుండి సిలికాన్ స్ట్రిప్స్‌ని లాగి వాటిపై సౌర ఘటాలను ఏర్పరుస్తుంది. మాతృక సిలికాన్ మెల్ట్‌లో పాక్షికంగా మునిగిపోతుంది మరియు కేశనాళిక ప్రభావం కారణంగా, పాలీక్రిస్టలైన్ సిలికాన్ పైకి లేచి, రిబ్బన్‌ను ఏర్పరుస్తుంది, కరుగు స్ఫటికీకరించబడుతుంది మరియు మాతృక నుండి తీసివేయబడుతుంది. ఉత్పాదకతను పెంచడానికి, పరికరాలు రూపొందించబడ్డాయి, దానిపై ఒకేసారి తొమ్మిది బెల్ట్‌లను స్వీకరించడం సాధ్యమవుతుంది. ఫలితంగా తొమ్మిది వైపుల ప్రిజం.

బెల్ట్‌ల ప్రయోజనం ఏమిటంటే, కడ్డీని కత్తిరించే ప్రక్రియ మినహాయించబడినందున అవి తక్కువ ధర. అదనంగా, దీర్ఘచతురస్రాకార ఫోటోవోల్టాయిక్ కణాలను సులభంగా పొందవచ్చు, అయితే మోనోక్రిస్టలైన్ ప్లేట్ల రౌండ్ ఆకారం ఫోటోవోల్టాయిక్ మాడ్యూల్‌లో ఫోటోవోల్టాయిక్ సెల్ యొక్క మంచి ప్లేస్‌మెంట్‌కు దోహదం చేయదు.

ఫలితంగా పాలీక్రిస్టలైన్ లేదా మోనోక్రిస్టలైన్ సిలికాన్ రాడ్లను 0.2-0.4 mm మందపాటి సన్నని పొరలుగా కట్ చేయాలి. మోనోక్రిస్టలైన్ సిలికాన్ యొక్క రాడ్‌ను కత్తిరించేటప్పుడు, దాదాపు 50% పదార్థం నష్టాలకు పోతుంది.కూడా, రౌండ్ దుస్తులను ఉతికే యంత్రాలు ఎల్లప్పుడూ కాదు, కానీ తరచుగా, ఒక చదరపు ఆకారం చేయడానికి కట్.