नया सौर सेल रिकॉर्ड – नया सौर सेल रिकॉर्ड

पर प्रकाशित: 10 अगस्त, 2020 / अपडेट से: 17 अगस्त, 2020 – लेखक: कोनराड वोल्फेंस्टीन

अंग्रेजी संस्करण पर स्विच करें

अग्रानुक्रम में उच्च दक्षता – नया सौर सेल रिकॉर्ड

फोटोवोल्टिक अनुसंधान सौर कोशिकाओं की दक्षता को और बढ़ाने के लिए प्रजनन कर रहा है। अग्रानुक्रम फोटोवोल्टिक्स तेजी से ध्यान केंद्रित कर रहे हैं, जिसमें शक्तिशाली सौर सेल सामग्री को विभिन्न संयोजनों में संयुक्त किया जाता है ताकि प्रकाश स्पेक्ट्रम को विद्युत ऊर्जा में प्रकाश को परिवर्तित करते समय और अधिक कुशलता से उपयोग किया जा सके। Fraunhofer Ise में अब 25.9 प्रतिशत दक्षता है, जो सीधे सिलिकॉन पर उगाए गए III-V/SI Tandemsolar सेल के लिए एक नया रिकॉर्ड है। यह पहली बार एक सस्ती सिलिकॉन सब्सट्रेट पर निर्मित किया गया था – टेंडेम फोटोवोल्टिक्स के लिए आर्थिक समाधान के रास्ते पर एक महत्वपूर्ण मील का पत्थर।

10 सेमी के व्यास के साथ एक सिलिकॉन सब्सट्रेट पर कई III-वी टैंडम्सोलर कोशिकाएं- – फ्रान्होफर – फोटो: मार्कस फिफ़ेल

फ्रौनहोफर इंस्टीट्यूट फॉर सोलर एनर्जी सिस्टम्स (आईएसई) कई वर्षों से कई सौर कोशिकाओं पर काम कर रहा है, जिसमें सूर्य के प्रकाश की विभिन्न तरंग दैर्ध्य को बिजली में परिवर्तित करने के लिए दो या तीन उप-कोशिकाओं को एक के ऊपर एक व्यवस्थित किया जाता है। सिलिकॉन स्पेक्ट्रम के अवरक्त भाग के लिए एक अवशोषक के रूप में उपयुक्त है और इसके ऊपर कुछ माइक्रोमीटर मोटी III-V अर्धचालकों की परतें लगाई जाती हैं, ये आवर्त सारणी के समूह III और V से सामग्री हैं, जो पराबैंगनी, दृश्यमान और परिवर्तित करती हैं निकट अवरक्त प्रकाश बिजली में अधिक कुशलता से चलता है। शुद्ध III-V सेमीकंडक्टर सौर सेल पहले से ही अंतरिक्ष में और सांद्रक फोटोवोल्टिक में उपयोग किए जा रहे हैं। सबसे कम उप-सेल के रूप में सिलिकॉन के संयोजन के साथ अधिक लागत प्रभावी प्रक्रियाओं के माध्यम से, टेंडेम तकनीक को भविष्य में व्यापक फोटोवोल्टिक के लिए भी सुलभ बनाया जाना चाहिए। हालाँकि, तब तक अभी भी एक लंबा रास्ता तय करना बाकी है।

सीधे सिलिकॉन पर विकसित III-V/Si टेंडेम सौर कोशिकाओं के लिए 25.9 प्रतिशत

III V और सिलिकॉन सौर कोशिकाओं के संयोजन बनाने के लिए अलग -अलग दृष्टिकोण हैं। 2019 के बाद से, Fraunhofer एक अग्रानुक्रम सौर सेल के लिए 34.1 प्रतिशत दक्षता (नया 34.5 प्रतिशत) का विश्व रिकॉर्ड मूल्य आयोजित कर रहा है, जिसमें III-V अर्धचालक परतों को एक गैलियम आर्सेनाइड सब्सट्रेट से सिलिकॉन में स्थानांतरित किया जाता है, एक तथाकथित वेटर बॉन्ड द्वारा जुड़े परतों के साथ। यह तकनीक कुशल लेकिन महंगी है। इसलिए, Fraunhofer ISE कई वर्षों से अधिक प्रत्यक्ष विनिर्माण प्रक्रियाओं पर काम कर रहा है, जिसमें III-V परतों को एक सिलिकॉन सौर सेल पर अलग या एपिटैक्स किया जाता है। सभी परतों की एक उच्च क्रिस्टल गुणवत्ता प्राप्त करना महत्वपूर्ण है – एक बड़ी चुनौती। एक नई विश्व रिकॉर्ड दक्षता अब इस तरह के III-V/SI Tandemsolar सेल के लिए प्राप्त की गई है जो सीधे सिलिकियम पर उगाया गया है। Fraunhofer Ise वैज्ञानिक मार्कस Feifel ने हाल ही में 47 वें IEEE फोटोवोल्टिक स्पेशलिस्ट सम्मेलन में अपनी सफलता प्रस्तुत की, जो कि कई सम्मेलनों की तरह, वर्तमान में ऑनलाइन हो रहा है और हाइब्रिड टैंडम्सोलर सेल श्रेणी में छात्र पुरस्कार से सम्मानित किया गया था। "बाहर से, सेल की जटिल आंतरिक संरचना दिखाई नहीं दे रही है, क्योंकि सभी अवशोषक जुड़े हुए हैं और आगे क्रिस्टल परतों द्वारा विद्युत रूप से परस्पर जुड़े हुए हैं," युवा सौर सेल शोधकर्ता बताते हैं, जो एक वर्ष से भी कम समय में 24.3 से 25.9 प्रतिशत तक अपने काम के परिणाम में सुधार करने में सक्षम थे। "यह सफलता कई सेल के भीतर एक पतली परत का आदान -प्रदान करके सफल रही," वे बताते हैं। "हमारी कोशिकाओं के एक सावधानीपूर्वक विश्लेषण से पता चला कि इस परत ने पावर लाइन के लिए एक बाधा का नेतृत्व किया।"

फ्रौनहोफर शोधकर्ता टीयू इलमेनौ, फिलिप्स यूनिवर्सिटी के साथ मिलकर 2007 से छोटे चरणों में प्रौद्योगिकी विकसित कर रहे हैं। मारबर्ग और कंपनी ऐक्सट्रॉन, विशेष एपिटेक्सी सिस्टम स्थापित किए गए और संरचना की हर एक परत की जांच की गई। इन विकासों को संघीय अनुसंधान मंत्रालय बीएमबीएफ द्वारा "III-V-Si" और "मेहरसी" परियोजनाओं के हिस्से के रूप में वित्त पोषित किया गया था। नए अग्रानुक्रम सौर सेल का एक विशेष आकर्षण यह है कि III-V परतों को रासायनिक-यांत्रिक रूप से पॉलिश किए गए सब्सट्रेट पर नहीं उगाया गया था, जैसा कि पहले होता था, लेकिन एक सिलिकॉन वेफर पर, जिसे क्रिस्टल को देखने के बाद केवल एक सरल प्रक्रिया में उपयोग किया जाता है। सस्ती पीसने और नक़्क़ाशी प्रक्रियाओं का इलाज किया गया। यूरोपीय "सीटासोल" परियोजना के हिस्से के रूप में, डेनिश कंपनी टॉप्सिल ने इन सिलिकॉन वेफर्स को विकसित किया, जिससे नए मल्टीपल-जंक्शन सौर कोशिकाओं के किफायती उत्पादन की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम उठाया गया। भविष्य में, उद्देश्य दक्षता को और भी अधिक बढ़ाना और परतों को और भी तेजी से जमा करना होगा, उच्च थ्रूपुट के साथ और इसलिए अधिक लागत प्रभावी ढंग से, ऊर्जा संक्रमण के लिए आवश्यक फोटोवोल्टिक्स में महत्वपूर्ण योगदान देने के उद्देश्य से - विस्तार हासिल किया जा सकता है.

ऊर्जा परिवर्तन के लिए प्रमुख प्रौद्योगिकी

सौर कोशिकाओं से बिजली आज दुनिया के कई हिस्सों में ऊर्जा उत्पादन का सबसे सस्ता रूप है। "यूरोपीय फोटोवोल्टिक अनुसंधान में ऊर्जा संक्रमण के लिए इस प्रमुख तकनीक की दक्षता को और भी विकसित करने के लिए कई अवधारणाएं हैं," प्रो – »हम न केवल सिलिकॉन सौर कोशिकाओं के उत्पादन को और भी अधिक टिकाऊ और सस्ता बनाने के लिए काम कर रहे हैं, बल्कि एक ही समय में अन्य अर्धचालक सामग्रियों के संबंध में सिद्ध सिलिकॉन का नेतृत्व करने के लिए नई जमीन को तोड़ते हैं। हम अग्रानुक्रम फोटोवोल्टिक के साथ सफल होते हैं। «अग्रानुक्रम फोटोवोल्टिक न केवल बिजली उत्पादन के भविष्य के लिए रास्ता खोलता है, ये सौर कोशिकाएं हैं – उनके उच्च वोल्टेज के कारण – इलेक्ट्रोलिसिस के लिए भी आदर्श, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में पानी का प्रत्यक्ष टूटना। यह तकनीक ऊर्जा संक्रमण के लिए एक ऊर्जा भंडारण और महत्वपूर्ण बिल्डिंग ब्लॉक के रूप में हाइड्रोजन के निष्कर्षण में भी योगदान देती है।

III-V/SI की स्लाइड संरचना कई सौर – © Fraunhofer Ise

AM 1.5g वर्णक्रमीय स्थितियों के तहत III-V/Si मल्टीपल सोलर सेल की परत संरचना, क्वांटम दक्षता और IV विशेषताएँ

अग्रानुक्रम में उच्च दक्षता – नया सौर सेल रिकॉर्ड

Photovoltaics अनुसंधान सौर कोशिकाओं की दक्षता को लगातार बढ़ाने के लिए कड़ी मेहनत कर रहा है। तेजी से, ध्यान टैंडम फोटोवोल्टिक्स पर है, जिसमें उच्च-प्रदर्शन वाले सौर सेल सामग्री को विभिन्न संयोजनों में एक साथ मिलकर किया जाता है ताकि सौर स्पेक्ट्रम का उपयोग विद्युत ऊर्जा में प्रकाश को परिवर्तित करने में और भी अधिक कुशलता से किया जा सके। Fraunhofer Ise अब सिलिकॉन पर सीधे उगाए गए III-V/Si Tandem सौर सेल के लिए 25.9 प्रतिशत की नई रिकॉर्ड दक्षता की रिपोर्ट कर रहा है। पहली बार, यह एक कम लागत वाले सिलिकॉन सब्सट्रेट पर निर्मित किया गया था – टेंडेम फोटोवोल्टिक्स के लिए किफायती समाधान के रास्ते पर एक महत्वपूर्ण मील का पत्थर।

10 सेमी व्यास – एक – सब्सट्रेट पर कई III-V अग्रणी सौर कोशिकाएं

फ्रौनहोफर इंस्टीट्यूट फॉर सोलर एनर्जी सिस्टम्स आईएसई कई वर्षों से मल्टी-जंक्शन सौर कोशिकाओं पर काम कर रहा है जिसमें सूर्य के प्रकाश की विभिन्न तरंग दैर्ध्य को बिजली में परिवर्तित करने के लिए दो या तीन आंशिक कोशिकाओं को एक के ऊपर एक व्यवस्थित किया जाता है। सिलिकॉन स्पेक्ट्रम के अवरक्त भाग के लिए एक अवशोषक के रूप में उपयुक्त है, और III-V अर्धचालकों की परतें, आवर्त सारणी के समूह III और V की सामग्री, जो पराबैंगनी, दृश्य और निकट-अवरक्त प्रकाश को अधिक कुशलता से जमा की गई बिजली में परिवर्तित करती है। इसके शीर्ष पर. शुद्ध III-V सेमीकंडक्टर सौर सेल पहले से ही अंतरिक्ष में और सांद्रक फोटोवोल्टिक में उपयोग किए जा रहे हैं। सबसे कम उप-सेल के रूप में सिलिकॉन के संयोजन में अधिक लागत प्रभावी प्रक्रियाओं के माध्यम से, टेंडेम तकनीक को भविष्य में व्यापक-आधारित फोटोवोल्टिक के लिए सुलभ बनाया जाना है। हालाँकि, तब तक अभी भी एक लंबा रास्ता तय करना बाकी है।

सीधे सिलिकॉन पर विकसित III-V/Si टेंडेम सौर कोशिकाओं के लिए 25.9 प्रतिशत

III-V और सिलिकॉन सौर कोशिकाओं के संयोजन का उत्पादन करने के लिए अलग-अलग दृष्टिकोण हैं। उदाहरण के लिए, 2019 के बाद से, Fraunhofer Ise ने एक टेंडेम सौर सेल के लिए 34.1 प्रतिशत दक्षता (अब 34.5 प्रतिशत) का विश्व रिकॉर्ड रखा, जिसमें iii-v अर्धचालक परतों को एक गैलियम आर्सेनाइड सब्सट्रेट से सिलिकॉन में स्थानांतरित किया जाता है, जो एक वासा के बंधन से जुड़ा हुआ है। यह तकनीक कुशल लेकिन महंगी है। इस कारण से, Fraunhofer Ise कई वर्षों से अधिक प्रत्यक्ष विनिर्माण प्रक्रियाओं पर काम कर रहा है जिसमें III-V परतें एक सिलिकॉन सौर सेल पर जमा या एपिटैक्सेड हैं। यहां, सभी परतों की एक उच्च क्रिस्टल गुणवत्ता बनाए रखने के लिए यह महत्वपूर्ण है – एक बड़ी चुनौती। 25.9 प्रतिशत की एक नई विश्व रिकॉर्ड दक्षता अब सिलिकॉन पर सीधे उगाए गए III-v/Si Tandem सौर सेल के लिए हासिल की गई है। Fraunhofer Ise वैज्ञानिक मार्कस Feifel हाल ही में 47 वें IEEE फोटोवोल्टिक स्पेशलिस्ट सम्मेलन में अपनी सफलता पेश करने में सक्षम थे, जो वर्तमान में कई सम्मेलनों की तरह थे, और श्रेणी हाइब्रिड टैंडम सौर कोशिकाओं में छात्र पुरस्कार से सम्मानित किया गया था। "बाहर से, सेल की जटिल आंतरिक संरचना दिखाई नहीं देती है, क्योंकि सभी अवशोषक अतिरिक्त क्रिस्टल परतों और विद्युत रूप से वायर्ड द्वारा एक दूसरे से जुड़े होते हैं," युवा सौर सेल अनुसंधान 25.9 प्रतिशत एक वर्ष से भी कम समय में बताते हैं। "यह सफलता कई सेल के भीतर एक ही पतली परत को बदलकर प्राप्त की गई थी," वह जारी है। "हमारी कोशिकाओं के एक सावधानीपूर्वक विश्लेषण से पता चला कि इस परत ने पावर लाइन के लिए एक बाधा पैदा की।"

छोटे चरणों में, फ्राउनहोफर शोधकर्ता 2007 से इलमेनू, फिलिप्स यूनीव के तकनीकी विश्वविद्यालय के सहयोग से प्रौद्योगिकी का विकास कर रहे हैं। Marburg और कंपनी Aixtron, विशेष एपिटैक्सी उपकरण की स्थापना और संरचना की हर एक परत की जांच करना। थीसिस विकास को जर्मन संघीय शिक्षा और अनुसंधान मंत्रालय (BMBF) द्वारा "III-V-SI" और "Mehrsi" परियोजनाओं के हिस्से के रूप में वित्त पोषित किया गया था। नए अग्रानुक्रम सौर सेल का एक विशेष आकर्षण यह है कि III-V परतों को पहले के मामले में रासायनिक-यांत्रिक रूप से पॉलिश सब्सट्रेट पर उगाया नहीं गया था, लेकिन एक सिलिकॉन वेफर पर, जो क्रिस्टल को देखने के बाद, केवल सस्ती पीस का उपयोग करके एक सरल प्रक्रिया में इलाज किया गया था और नक़्क़ाशी प्रक्रिया। यूरोपीय परियोजना "सीतासोल" के भीतर, डेनिश कंपनी टॉपसिल ने थीसिस सिलिकॉन वेफर्स को विकसित किया था और इस तरह नए मल्टी-जंक्शन सौर कोशिकाओं के आर्थिक उत्पादन के लिए महत्वपूर्ण कदम का एहसास किया। भविष्य में, इसका उद्देश्य आगे भी और और भी अधिक तेजी से और अधिक लागत के साथ परतों के जमाव को महसूस करने के लिए और अधिक लागत-फुसफुसाते हुए, इस तरह से अधिक लागत का एहसास होगा। ऊर्जा टर्नअराउंड के लिए आवश्यक है।

ऊर्जा प्रणाली परिवर्तन के लिए प्रमुख प्रौद्योगिकी

आज दुनिया के कई हिस्सों में, सौर कोशिकाओं से बिजली ऊर्जा उत्पादन का सबसे सस्ता रूप है। "यूरोपीय फोटोवोल्टिक अनुसंधान ऊर्जा टर्नअराउंड के लिए इस प्रमुख तकनीक की दक्षता को और विकसित करने के लिए कई अवधारणाओं पर काम कर रहा है," प्रो। "हम न केवल सिलिकॉन सौर कोशिकाओं के उत्पादन को और भी अधिक टिकाऊ और लागत प्रभावी बनाने पर काम कर रहे हैं, बल्कि साथ ही हम अन्य अर्धचालक सामग्रियों के साथ संयोजन में सिद्ध सिलिकॉन का नेतृत्व करने के लिए नए जमीन को तोड़ रहे हैं, यहां तक कि उच्च क्षमता के लिए भी। – फोटोवोल्टिक्स के साथ इसे – ।

III-V/SI मल्टी-जंक्शन सौर सेल की परत संरचना- – Fraunhofer ise

AM 1.5g वर्णक्रमीय स्थितियों के तहत III-V/Si मल्टी-जंक्शन सौर सेल की परत संरचना, क्वांटम दक्षता और IV विशेषताएँ