बीएससी – द्विफलकीय सौर सेल: द्विफलकीय या दो-सतह वाले सौर सेल का इतिहास

प्रकाशित तिथि: 22 जनवरी, 2022 / अद्यतन तिथि: 24 फरवरी, 2023 – लेखक: Konrad Wolfenstein

द्विसतही या दो-सतही सौर सेल का इतिहास – चित्र: Xpert.Digital / Sunward Art|Shutterstock.com

सिलिकॉन सोलर सेल का पहला पेटेंट 1946 में रसेल ओह्ल द्वारा बेल लैब्स में काम करते हुए कराया गया था, और 1954 में उसी अनुसंधान संस्थान में फुलर, चैपिन और पियर्सन द्वारा सार्वजनिक रूप से प्रदर्शित किया गया था; हालांकि, ये शुरुआती प्रस्ताव मोनोफेशियल सेल थे, जिनका पिछला हिस्सा सक्रिय होने के लिए अभिप्रेत नहीं था।.

द्विफलकीय सौर सेल का पहला सैद्धांतिक प्रस्ताव 4 अक्टूबर, 1960 को जापान में प्रकाशित एक पेटेंट में मिलता है, जिसे हिरोशी मोरी ने जारी किया था। वे हायाकावा डेन्की कोग्यो काबुशिकी काइशा (हायाकावा इलेक्ट्रिक इंडस्ट्री कंपनी लिमिटेड) के लिए काम करते थे, जो बाद में शार्प कॉर्पोरेशन बन गई। प्रस्तावित सेल एक पीएनपी द्विफलकीय संरचना थी जिसमें दो विपरीत किनारों पर संपर्क इलेक्ट्रोड लगे थे।.

द्विफलकीय सौर सेल और पैनलों का पहला प्रदर्शन सोवियत अंतरिक्ष कार्यक्रम के तहत सैन्य एलईओ अंतरिक्ष स्टेशनों सैल्यूट 3 (1974) और सैल्यूट 5 (1976) पर किया गया था। इन द्विफलकीय सौर सेल को मॉस्को स्थित वीएनआईआईटी (ऑल यूनियन साइंटिफिक रिसर्च इंस्टीट्यूट ऑफ एनर्जी सोर्सेज) में बोर्डीना और अन्य द्वारा विकसित और निर्मित किया गया था, जो 1975 में रूसी सौर सेल निर्माता केवीएएनटी बन गया। 1974 में, इस टीम ने एक अमेरिकी पेटेंट के लिए आवेदन किया, जिसमें 1 मिमी x 1 मिमी x 1 मिमी के अधिकतम आकार वाले मिनी-समानांतर पाइपों के रूप में सेल का प्रस्ताव दिया गया था, जिन्हें 100 सेल/सेमी² का घनत्व प्राप्त करने के लिए श्रृंखला में जोड़ा गया था। आज के बीएससी की तरह, उन्होंने प्रकाश-प्राप्त करने वाली सतहों में से एक के पास आइसोटाइपिक पीपी+ यौगिकों के उपयोग का प्रस्ताव दिया। सैल्यूट 3 में, 24 सेमी² के कुल सेल क्षेत्रफल वाले छोटे प्रायोगिक पैनलों ने पृथ्वी के अल्बेडो के कारण, उस समय उपयोग किए जा रहे मोनोफेशियल पैनलों की तुलना में प्रति उपग्रह कक्षा ऊर्जा उत्पादन में 34% तक की वृद्धि दिखाई। सैल्यूट 5 अंतरिक्ष स्टेशन उड़ान के दौरान, बाइफेशियल पैनलों (0.48 वर्ग मीटर - 40 वाट) के उपयोग से 17-45% की वृद्धि देखी गई।.

रूस में चल रहे इस शोध के समानांतर, लौह पर्दे के दूसरी ओर, मैड्रिड के तकनीकी विश्वविद्यालय के दूरसंचार इंजीनियरिंग स्कूल की अर्धचालक प्रयोगशाला, प्रोफेसर एंटोनियो लुके के निर्देशन में, औद्योगिक रूप से उपयोगी द्विफलकीय सौर सेल विकसित करने के लिए एक व्यापक शोध कार्यक्रम चला रही थी। मोरी का पेटेंट और VNIIT-KVANT अंतरिक्ष यान के प्रोटोटाइप सतह पर धातु ग्रिड के बिना छोटे सेल पर आधारित थे और इसलिए जटिल रूप से परस्पर जुड़े हुए थे, जो उस समय के प्रारंभिक सूक्ष्म इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की शैली के समान थे। वहीं, लुके ने 1976 और 1977 में दो स्पेनिश पेटेंट और 1977 में संयुक्त राज्य अमेरिका में एक पेटेंट दाखिल किया, जो आधुनिक द्विफलकीय सेल के अग्रदूत थे। लुके के पेटेंट पहले ऐसे पेटेंट थे जिनमें सिलिकॉन वेफर पर एक सेल वाले बीएससी का प्रस्ताव था, जैसा कि उस समय मोनोफेशियल सेल के मामले में था और आज भी है, जिसमें दोनों सतहों पर धातु ग्रिड होते हैं। उन्होंने npp+ और pnp दोनों संरचनाओं पर विचार किया।.

सेमीकंडक्टर प्रयोगशाला में बीएससी (बेसिक स्केलर) के विकास को तीन चरणों में आगे बढ़ाया गया, जिसके परिणामस्वरूप एंड्रेस क्यूवास (1980), जेवियर एगुरेन (1981) और जीसस सांग्राडोर (1982) द्वारा तीन डॉक्टरेट शोध प्रबंध प्रस्तुत किए गए। पहले दो शोध प्रबंधों का मार्गदर्शन लूके ने किया, और तीसरे का उसी समूह के डॉ. गैब्रियल साला ने। क्यूवास के शोध प्रबंध में लूके के 1976 के पहले पेटेंट का निर्माण शामिल था, जिसे ट्रांजिस्टर जैसी एनपीएन संरचना के कारण "ट्रांससेल" कहा जाता था। एगुरेन के शोध प्रबंध में लूके के 1977 के दूसरे पेटेंट को प्रदर्शित करने पर ध्यान केंद्रित किया गया, जिसमें एक एनपीपी+ डोपिंग प्रोफाइल था जहां पीपी+ आइसोटोप जंक्शन सेल की पिछली सतह के निकट स्थित होता है, जिससे सौर सेल प्रौद्योगिकी में आमतौर पर "बैक सरफेस फील्ड" (बीएसएफ) के रूप में जाना जाता है। इस कार्य से कई प्रकाशन और अतिरिक्त पेटेंट प्राप्त हुए। विशेष रूप से, आधार में p-डोपिंग को कम करने का लाभकारी प्रभाव महत्वपूर्ण था, क्योंकि उत्सर्जक जंक्शन (सामने वाला pn जंक्शन) पर वोल्टेज में कमी की भरपाई पीछे वाले आइसोटाइपिक जंक्शन पर वोल्टेज में वृद्धि से हो गई, साथ ही अल्पसंख्यक वाहकों की अधिक प्रसार लंबाई की अनुमति मिली, जिससे द्विदिशात्मक प्रदीपन के तहत धारा उत्पादन में वृद्धि हुई। मैड्रिड के तकनीकी विश्वविद्यालय में सांग्राडोर के शोध प्रबंध और तीसरे विकास दृष्टिकोण में, तथाकथित ऊर्ध्वाधर, किनारे से प्रकाशित बहु-जंक्शन सौर सेल का प्रस्ताव किया गया था, जिसमें p+nn+ सेल को स्टैक किया जाता है और श्रृंखला में जोड़ा जाता है और उनके किनारों से प्रकाशित किया जाता है। ये उच्च-वोल्टेज सेल हैं जिन्हें धारा उत्पादन के लिए सतह धातु ग्रिड की आवश्यकता नहीं होती है।.

1979 में, सेमीकंडक्टर प्रयोगशाला को सौर ऊर्जा संस्थान (IES-UPM) में परिवर्तित कर दिया गया, जिसके पहले निदेशक के रूप में लूके के नेतृत्व में, 21वीं सदी के पहले दशक तक द्विफलकीय सौर कोशिकाओं पर गहन शोध जारी रहा। उदाहरण के लिए, 1994 में, सौर ऊर्जा संस्थान के दो ब्राज़ीलियाई डॉक्टरेट छात्रों, एड्रियानो मोहलेके और इज़ेट ज़ानेस्को ने लूके के साथ मिलकर एक द्विफलकीय सौर सेल विकसित और निर्मित किया, जिसने सामने की ओर 18.1% और पीछे की ओर 19.1% दक्षता प्राप्त की; यह द्विफलकीय दक्षता का 103% का रिकॉर्ड था (उस समय, एकफलकीय कोशिकाओं की रिकॉर्ड दक्षता 22% से थोड़ी कम थी)।.

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स्रोत *21012022-1