सौर मॉड्यूल: PERC बनाम TOPCon सौर सेल प्रौद्योगिकी

हालाँकि पहला सौर सेल, जिसे 1954 में अमेरिका में विकसित किया गया था, एक एन-टाइप सेल था, लेकिन बाद के वर्षों में पी-टाइप सेल का प्रचलन बढ़ गया। इसका कारण यह था कि शुरुआती दौर में इन मॉड्यूल का उपयोग मुख्य रूप से एयरोस्पेस उद्योग में किया जाता था, जहाँ ये अधिक टिकाऊ साबित हुए। हाल के वर्षों में ही सौर सेल निर्माताओं ने एन-टाइप सेल की अधिक बिजली उत्पादन क्षमता के कारण अपने दृष्टिकोण पर पुनर्विचार करना शुरू किया है। इसका मुख्य कारण इन सेल का लंबा जीवनकाल है, क्योंकि पी-टाइप सेल के विपरीत, ये "बोरॉन-ऑक्सीजन दोष" से प्रभावित नहीं होते हैं। यह दोष समय के साथ दक्षता में कमी का कारण बनता है। इसके अलावा, एन-टाइप सौर सेल सिलिकॉन में धात्विक अशुद्धियों के प्रति कम संवेदनशील होते हैं।.

फोटोवोल्टाइक (पीवी) तकनीक में, रासायनिक संरचना में मामूली अंतर भी दक्षता और आर्थिक व्यवहार्यता में महत्वपूर्ण अंतर ला सकता है। इसका एक प्रमुख उदाहरण पी-टाइप और एन-टाइप सौर सेल की तुलना है। इनकी सेल संरचना अलग-अलग होती है: पी-टाइप सौर सेल धनात्मक आवेशित सिलिकॉन सब्सट्रेट पर आधारित होते हैं, जबकि एन-टाइप सौर सेल इसके विपरीत डिज़ाइन किए जाते हैं, जिसमें ऋणात्मक रूप से डोप किया गया भाग सेल के आधार के रूप में कार्य करता है।.

हालांकि, पी-टाइप सेल पर दशकों से अधिक ध्यान केंद्रित करने के कारण, एन-टाइप सोलर सेल का उत्पादन वर्तमान में अधिक महंगा है। पी-टाइप सेल के उत्पादन से मूल्य श्रृंखला में पैमाने की अर्थव्यवस्थाएं (इकोनॉमीज़ ऑफ़ स्केल) प्राप्त हुईं, जो एन-टाइप निर्माण के लिए अभी भी स्थापित होनी बाकी हैं। इसके अलावा, एन-टाइप सोलर मॉड्यूल के उत्पादन में अतिरिक्त चरण शामिल होते हैं, जिससे लागत और बढ़ जाती है। हालांकि, अपनी उच्च दक्षता के कारण, एन-टाइप सेल की बाजार हिस्सेदारी लगातार बढ़ रही है, और यह संभावना है कि जल्द ही वे पी-टाइप सेल को प्रमुख सोलर सेल तकनीक के रूप में प्रतिस्थापित कर देंगे।.

दो प्रकार की कोशिकाओं के बीच इसी तरह की प्रतिद्वंद्विता को सौर सेल प्रौद्योगिकियों PERC (पैसिवेटेड एमिटर एंड रियर सेल) और TOPCon (टनल ऑक्साइड पैसिवेटेड कॉन्टैक्ट) की तुलना करते समय देखा जा सकता है, जिन्होंने हाल ही में हलचल मचा दी है।.

पीईआरसी मॉड्यूल, सौर ऊर्जा मॉड्यूल की दक्षता बढ़ाते हैं क्योंकि वे आने वाले प्रकाश को ऊर्जा में अधिक प्रभावी ढंग से परिवर्तित करते हैं। यह प्रकाश के उस हिस्से को वापस सेल में परावर्तित करके प्राप्त किया जाता है जो सेल के पिछले हिस्से तक पहुँचता है। यह मॉड्यूल के पिछले हिस्से पर लगाई गई एक परत के कारण संभव होता है, जिसे बैकसाइड पैसिवेशन कहा जाता है। पारंपरिक मॉड्यूल की तुलना में पीईआरसी सेल की बढ़ी हुई दक्षता 1% है, जिससे प्रति किलोवाट-पी बिजली उत्पादन की लागत कम करने में मदद मिलती है।.

अधिकतम दक्षता प्राप्त करने के लिए, PERC सेल मुख्य रूप से मोनो-वेफर्स का उपयोग करते हैं। इस प्रकार के सौर सेल में हाल के वर्षों में महत्वपूर्ण विकास हुआ है। बढ़ी हुई दक्षता के कारण व्यावसायिक सौर ऊर्जा प्रणालियों में पारंपरिक Al BSF सेल लगभग पूरी तरह से इनके द्वारा प्रतिस्थापित हो गए हैं। हालांकि, PERC सेल कोई नई तकनीक नहीं हैं; इनके सिद्धांत का वर्णन सबसे पहले 1983 में ऑस्ट्रेलिया के न्यू साउथ वेल्स विश्वविद्यालय द्वारा किया गया था। उत्पादन प्रक्रियाओं में निरंतर सुधार के माध्यम से ही इस तकनीक की क्षमता का पूर्ण उपयोग बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए संभव हो पाया है।.

हालांकि, PERC तकनीक में भी कुछ कमियां हैं। ये सेल पारंपरिक सेल की तुलना में प्रकाश-प्रेरित क्षरण (LID) के प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं। LID प्रभाव के कारण प्रकाश के संपर्क में आने के बाद सौर सेल के प्रदर्शन में गिरावट आती है। विभव-प्रेरित क्षरण (PID) का जोखिम भी अधिक होता है। PID दोषों के दूरगामी परिणाम हो सकते हैं, क्योंकि वे पूरे सौर ऊर्जा प्रणाली के उत्पादन को काफी हद तक कम कर सकते हैं। इसलिए, निवेशकों को यह सुनिश्चित करने पर विशेष ध्यान देना चाहिए कि PERC सेल IEC TS 62804 के अनुसार PID प्रतिरोध के लिए प्रमाणित हों।.

सौर सेल प्रौद्योगिकी में एक उभरता सितारा है TOPCon, जिसे फ्रीबर्ग स्थित फ्राउनहोफर आईएसई में विकसित किया गया है। ये सेल मोनोक्रिस्टलाइन और बाइफेसियल दोनों प्रकार के हो सकते हैं और PERC के विपरीत, मुख्य रूप से N-टाइप वेफर्स का उपयोग करते हैं। PERC की तुलना में इनमें उच्च दक्षता क्षमता पाई जाती है। चीनी निर्माता जिन्को सोलर ने पिछले वर्ष इस क्षमता का प्रदर्शन करते हुए एक मोनोक्रिस्टलाइन, बाइफेसियल N-टाइप TOPCon सौर मॉड्यूल प्रस्तुत किया, जिसकी दक्षता 23.53% तक थी। 2021 में प्रस्तुत लोंगी सोलर के TOPCon मॉड्यूल ने इससे भी बेहतर प्रदर्शन किया। P-टाइप TOPCon सेल का उपयोग करते हुए, इसने इस तकनीक के लिए एक नया विश्व दक्षता रिकॉर्ड बनाया, जो 25.19% तक पहुंच गया। तीव्र प्रगति को देखते हुए, यह संभव है कि यह रिकॉर्ड जल्द ही टूट जाए। इन मॉड्यूल पर गहन शोध से यह सुनिश्चित होगा कि विकास लंबे समय तक जारी रहे।.

हालांकि TOPCon सोलर सेल का प्रदर्शन बेजोड़ है, फिर भी PERC तकनीक बाजार में अपना दबदबा बनाए हुए है। सेल की दक्षता में लगातार वृद्धि और उत्पादन लागत में कमी के कारण यह स्थिति कुछ समय तक बनी रहने की संभावना है।.

हालांकि, असाधारण रूप से उच्च दक्षता के कारण TOPCon सेल लोकप्रियता हासिल कर रहे हैं। वर्तमान में, इस प्रकार के सौर ऊर्जा सिस्टम के लिए उच्च उत्पादन लागत एक बाधा है। हालांकि, बड़े पैमाने पर उत्पादन बढ़ने के साथ महत्वपूर्ण पैमाने की बचत होने की उम्मीद है, जिससे जर्मनी में TOPCon मॉड्यूल PERC तकनीक के लिए गंभीर प्रतिस्पर्धी बन सकते हैं। फ्रौनहोफर इंस्टीट्यूट फॉर सोलर एनर्जी सिस्टम्स (ISE) के शोधकर्ता इसकी पुष्टि करते हैं। उनके अनुसार, उत्पादन लागत को कम करने के साथ-साथ, TOPCon मॉड्यूल की आर्थिक व्यवहार्यता स्थापित करने के लिए उत्पादन को PERC सेल के स्तर तक बढ़ाना आवश्यक है।.

वैज्ञानिकों के निष्कर्षों के अनुसार, 5 मेगावाट क्षमता वाले ग्राउंड-माउंटेड पीवी सिस्टम में TOPCon तकनीक के इस्तेमाल से सोलर सेल की कुल लागत PERC की तुलना में 13.5 से 18.6% और मॉड्यूल की कुल लागत 3.6 से 5.5% अधिक हो जाती है। हालांकि, फ्राउनहोफर आईएसई के शोधकर्ताओं ने पाया कि बाइफेशियल पी-PERC की तुलना में TOPCon सोलर सेल की 0.4 से 0.55% अधिक सेल दक्षता के कारण बड़े पैमाने पर लागत प्रभावी उत्पादन संभव हो पाता है।.

चाहे एन-टाइप या पी-टाइप सोलर सेल का उपयोग किया जाए, सोलर मॉड्यूल की दक्षता को काफी हद तक बढ़ाने का एक तरीका है: बाइफेशियल तकनीक। मोनोफेशियल सोलर सेल के विपरीत, जो केवल अपनी ऊपरी सतह पर प्रकाश पड़ने पर ही सौर ऊर्जा उत्पन्न करते हैं, बाइफेशियल सोलर सेल को अपनी ऊपरी और निचली दोनों सतहों से ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। प्रकाश का यह बढ़ा हुआ अवशोषण मॉड्यूल की दक्षता में काफी सुधार करता है।.

स्वाभाविक रूप से, निचली सतह की दक्षता ऊपरी सतह (जो सूर्य की ओर होती है) की तुलना में कम होती है। फिर भी, स्थान, ज़मीन से दूरी और बाहरी परिस्थितियों के आधार पर, निचली सतह पर अधिक विकिरण के कारण दक्षता 19% से अधिक बढ़ सकती है। इससे समग्र सिस्टम क्षमता में 10 से 30 Wp तक की वृद्धि हो सकती है। उदाहरण के लिए, एक मॉड्यूल जो पहले 290 Wp आउटपुट देता था, उसका आउटपुट बढ़कर 320 से 360 Wp हो जाता है।.

बाइफेशियल सिस्टम स्थापित करते समय, यह सुनिश्चित करना महत्वपूर्ण है कि उन्हें नीचे की सतह से पर्याप्त दूरी पर लगाया जाए ताकि अतिरिक्त प्रकाश का संचरण हो सके। कम से मध्यम परावर्तकता वाली सतहों, जैसे टाइल वाली छत या घास के लिए, न्यूनतम दूरी कम से कम 40 सेंटीमीटर होनी चाहिए। अत्यधिक परावर्तक सतहों (जैसे बर्फ) के लिए, जमीन से दूरी 1.5 मीटर से अधिक होनी चाहिए।.

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