एम्पा ने फ्रंट इल्युमिनेशन के लिए 19.8% और बाइफेसियल सीआईजीएस सोलर सेल में रियर इल्यूमिनेशन के लिए 10.9% की रिकॉर्ड क्षमता हासिल की

समाचार: फोटोवोल्टिक

16 दिसम्बर 2022

कॉपर इंडियम गैलियम डिसेलेनाइड (CIGS) पर आधारित बिफासियल थिन-फिल्म सोलर सेल अपने सामने और पीछे दोनों ओर से सौर ऊर्जा एकत्र कर सकते हैं - और इस प्रकार संभावित रूप से अपने पारंपरिक समकक्षों की तुलना में अधिक सौर बिजली का उत्पादन करते हैं। हालाँकि, अब तक, उनके निर्माण से केवल मामूली ऊर्जा रूपांतरण क्षमताएँ ही प्राप्त हुई हैं। सामग्री विज्ञान और प्रौद्योगिकी (एम्पा) के लिए स्विस फेडरल लेबोरेटरीज की एक टीम ने अब एक नई निम्न-तापमान उत्पादन प्रक्रिया विकसित की है जिसके परिणामस्वरूप सामने की रोशनी के लिए 19.8% और पीछे की रोशनी के लिए 10.9% की रिकॉर्ड क्षमता है। इसके अलावा, उन्होंने पहले बाइफेसियल पेरोसाइट-सीआईजीएस टेंडेम सोलर सेल का भी उत्पादन किया, जिससे भविष्य में और भी अधिक ऊर्जा की पैदावार की संभावना खुल गई (एससी यांग एट अल, 'बिफासियल क्यू (इन, गा) से की दक्षता में वृद्धि2 सिल्वर-असिस्टेड लो-टेम्परेचर प्रोसेस', नेचर एनर्जी (2022); 21 नवंबर)।

यदि प्रत्यक्ष सूर्य के प्रकाश के साथ-साथ इसके प्रतिबिंब (सौर सेल के पीछे की ओर से) दोनों को एकत्र किया जा सकता है, तो इससे सेल द्वारा उत्पादित ऊर्जा की उपज में वृद्धि होनी चाहिए। संभावित अनुप्रयोग हैं, उदाहरण के लिए, बिल्डिंग-इंटीग्रेटेड फोटोवोल्टिक्स (बीआईपीवी), एग्रीवोल्टिक्स - फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन और कृषि दोनों के लिए भूमि के क्षेत्रों का एक साथ उपयोग - और उच्च ऊंचाई वाले जमीन पर लंबवत या उच्च-झुकाव स्थापित सौर मॉड्यूल। फोटोवोल्टाइक्स के अंतर्राष्ट्रीय प्रौद्योगिकी रोडमैप के अनुसार, बाइफेशियल सोलर सेल 70 तक समग्र फोटोवोल्टिक्स बाजार के 2030% बाजार हिस्सेदारी पर कब्जा कर सकते हैं।

हालांकि सिलिकॉन वेफर्स पर आधारित बाइफेसियल सोलर सेल पहले से ही बाजार में हैं, थिन-फिल्म सोलर सेल अब तक पिछड़ गए हैं। यह, कम से कम आंशिक रूप से, बायफेसियल सीआईजीएस पतली-फिल्म सौर कोशिकाओं की अपेक्षाकृत कम दक्षता के कारण है, जो एक गंभीर अड़चन की समस्या के कारण होता है: किसी भी बाइफेसियल सौर सेल के लिए पीछे की ओर परावर्तित सूर्य के प्रकाश को एकत्र करने में सक्षम होने के लिए, एक वैकल्पिक रूप से पारदर्शी विद्युत संपर्क एक शर्त है। यह एक पारदर्शी प्रवाहकीय ऑक्साइड (TCO) का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है जो मोलिब्डेनम से बने पारंपरिक - यानी मोनो-फेशियल - सौर कोशिकाओं में अपारदर्शी बैक कॉन्टैक्ट को बदल देता है।

हानिकारक ऑक्साइड निर्माण

उच्च दक्षता वाले सीआईजीएस सौर सेल आम तौर पर उच्च तापमान जमाव प्रक्रिया द्वारा निर्मित होते हैं, यानी 550 डिग्री सेल्सियस से ऊपर। हालांकि, इन तापमानों पर, गैलियम (सीआईजीएस परत के) और पारदर्शी प्रवाहकीय ऑक्साइड बैक कॉन्टैक्ट के ऑक्सीजन के बीच एक रासायनिक प्रतिक्रिया होती है। परिणामी गैलियम ऑक्साइड इंटरफ़ेस परत सूर्य के प्रकाश से उत्पन्न धारा के प्रवाह को अवरुद्ध करती है और इस प्रकार सेल की ऊर्जा रूपांतरण दक्षता को कम कर देती है। एक सेल में अब तक प्राप्त उच्चतम मूल्य सामने की ओर के लिए 9.0% और पीछे की ओर के लिए 7.1% हैं। एम्पा की थिन फिल्म और फोटोवोल्टिक्स लैब का नेतृत्व करने वाले अयोध्या एन. तिवारी कहते हैं, "सामने और पीछे दोनों पारदर्शी संचालन संपर्कों के साथ सौर कोशिकाओं के लिए अच्छी ऊर्जा रूपांतरण दक्षता होना वास्तव में मुश्किल है।"

चित्र: Bifacial CIGS सौर कोशिकाओं में बहुत पतली परतें होती हैं, सक्रिय सामग्रियों के लिए कुल मिलाकर केवल 3µm। एक पारदर्शी विद्युत संपर्क के ऊपर जमा, CIGS पॉलीक्रिस्टलाइन परत आगे और पीछे दोनों ओर से प्रकाश को अवशोषित करती है। (ईएमपीए के सौजन्य से।)

तो, तिवारी की प्रयोगशाला में रोमेन कैरन के समूह में पीएचडी छात्र शिह-ची यांग ने एक नई निम्न-तापमान निक्षेपण प्रक्रिया विकसित की जो हानिकारक गैलियम ऑक्साइड का बहुत कम उत्पादन करे - आदर्श रूप से कोई भी नहीं। उन्होंने सीआईजीएस मिश्र धातु के पिघलने बिंदु को कम करने के लिए चांदी की एक छोटी मात्रा का उपयोग किया और केवल 350 डिग्री सेल्सियस जमाव तापमान पर अच्छे इलेक्ट्रॉनिक गुणों के साथ अवशोषक परतें प्राप्त कीं। जब उन्होंने तिवारी के पूर्व पोस्टडॉक त्ज़ु-यिंग लिन (वर्तमान में ताइवान में नेशनल त्सिंग हुआ विश्वविद्यालय में) की मदद से उच्च-रिज़ॉल्यूशन ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (टीईएम) के साथ बहु-परत संरचना का विश्लेषण किया, तो टीम किसी भी गैलियम ऑक्साइड का पता नहीं लगा सकी। इंटरफ़ेस बिल्कुल।

33% से अधिक की ऊर्जा उपज का लक्ष्य

यह एक अत्यधिक बेहतर ऊर्जा रूपांतरण दक्षता से भी परिलक्षित हुआ था: सेल ने सामने की रोशनी के लिए 19.8% और पीछे की रोशनी के लिए 10.9% के मूल्यों को प्राप्त किया था जो फ्रीबर्ग, जर्मनी में फ्राउनहोफर इंस्टीट्यूट फॉर सोलर एनर्जी सिस्टम्स (आईएसई) द्वारा स्वतंत्र रूप से प्रमाणित किया गया था - में एक ग्लास सब्सट्रेट पर एक ही सेल।

टीम पहली बार लचीले पॉलीमर सबस्ट्रेट पर बाइफेसियल सीआईजीएस सोलर सेल बनाने में भी सफल रही, जो - अपने हल्के वजन और लचीलेपन के कारण - संभावित अनुप्रयोगों के स्पेक्ट्रम को चौड़ा करता है।

अंत में, शोधकर्ताओं ने दो फोटोवोल्टिक प्रौद्योगिकियों - सीआईजीएस और पेरोव्स्काइट सौर कोशिकाओं को संयुक्त किया - एक बिफासियल टेंडेम सेल बनाने के लिए।

तिवारी के अनुसार, बायफेसियल सीआईजीएस तकनीक में 33% से अधिक ऊर्जा रूपांतरण दक्षता प्राप्त करने की क्षमता है, जो भविष्य में पतली-फिल्म सौर कोशिकाओं के लिए और अवसर खोलती है। तिवारी अब यूरोप भर में प्रमुख प्रयोगशालाओं और कंपनियों के साथ एक सहयोगी प्रयास स्थापित करने की कोशिश कर रहे हैं ताकि बड़े पैमाने पर प्रौद्योगिकी विकास और इसकी औद्योगिक विनिर्माण क्षमता में तेजी लाई जा सके।

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• स्रोत: https://www.semiconductor-today.com/news_items/2022/dec/empa-161222.shtml