तीन प्रमुख PV सेल प्रौद्योगिकियों को समझना:
विषय-सूची
त्वरित उत्तर: आज उत्पादन में मौजूद तीन प्रमुख PV सेल प्रौद्योगिकियाँ PERC, TOPCon और हेटेरोजंक्शन (HJT) हैं, जिनके ऊपर बैक-कॉन्टैक्ट आर्किटेक्चर एक चौथा परिवार बनाते हैं। वे सिलिकॉन वेफर के बजाय सेल की सतह पर होने वाली प्रक्रिया से अलग होती हैं, जो प्रत्येक मामले में मोटे तौर पर समान N-प्रकार या P-प्रकार सामग्री होती है। PERC एक p-प्रकार सेल में एक पैसिवेशन परत और स्थानीय रियर कॉन्टैक्ट जोड़ता है। TOPCon रियर को एक अति-पतली टनल ऑक्साइड — लगभग 2 nm — से बदल देता है, जिसके नीचे लगभग 10 nm मोटी डोप्ड पॉलीसिलिकॉन परत होती है, जो सतह को पैसिवेट करती है और वाहकों को टनल करने देती है। HJT दोनों तरफ पतली अमॉर्फस सिलिकॉन परतें जमा करता है और कम प्रक्रिया तापमान की आवश्यकता होती है। अंतर दक्षता, तापमान गुणांक, लाइन संगतता और लागत में दिखते हैं, और प्रत्येक निर्माता के उपकरण चयन को प्रभावित करता है।
PV मॉड्यूल निर्माण · Jerry, Ooitech द्वारा
परिचय
सौर फोटोवोल्टिक प्रौद्योगिकी पिछले दशक में तेजी से विकसित हुई है, कई प्रतिस्पर्धी सेल आर्किटेक्चर दक्षता को नई ऊंचाइयों पर ले जा रहे हैं। यह लेख सौर सेलों के मौलिक कार्य सिद्धांतों के माध्यम से चलता है, फिर आज उद्योग को आकार देने वाली तीन प्रमुख अगली पीढ़ी की प्रौद्योगिकियों को तोड़ता है, और सेल उत्पादन में गुणवत्ता नियंत्रण पर एक नज़र के साथ समाप्त होता है।
सौर PV सेल कैसे काम करते हैं
एक सौर सेल प्रकाश को बिजली में परिवर्तित करता है, लेकिन सभी आने वाले फोटॉन समान रूप से योगदान नहीं करते हैं। यह समझना कि ऊर्जा कहाँ खो जाती है, बेहतर सेल बनाने की दिशा में पहला कदम है।
बैंडगैप से नीचे ऊर्जा वाले फोटॉन अवशोषित नहीं होते हैं और बस सेल से गुजर जाते हैं।
बैंडगैप से ऊपर ऊर्जा वाले फोटॉन अवशोषित होते हैं और इलेक्ट्रॉन-छिद्र जोड़े उत्पन्न करते हैं, लेकिन उच्च-ऊर्जा फोटॉनों की अतिरिक्त ऊर्जा आंशिक रूप से गर्मी के रूप में खो जाती है।
उत्पन्न वाहकों का चार्ज पृथक्करण और परिवहन pn जंक्शन पर नुकसान उठाता है।
पुनर्संयोजन हानियाँ वाहक परिवहन के दौरान होती हैं।
संपर्क प्रतिरोध एक वोल्टेज ड्रॉप का परिचय देता है, जिससे संपर्क वोल्टेज हानियाँ होती हैं।
TOPCon, HJT, और पेरोव्स्काइट"/>
विद्युत हानियों को कम करना
अच्छी क्रिस्टल संरचना और सही प्रकार वाले वेफर्स चुनें।
आदर्श pn जंक्शन गठन तकनीक विकसित करें।
आदर्श पैसिवेशन तकनीक विकसित करें।
उचित धातु संपर्क तकनीक अपनाएं।
उत्कृष्ट सामने-सतह और पीछे-सतह क्षेत्र प्रौद्योगिकियों को लागू करें।
ऑप्टिकल हानियों को कम करना
ऑप्टिकल हानियों को कम करने और सेल दक्षता बढ़ाने के लिए, उद्योग ने प्रकाश-जाल दृष्टिकोण और प्रौद्योगिकियों की एक श्रृंखला विकसित की है। इनमें प्रतिबिंब को कम करने के लिए वेफर की सतह बनावट, सामने-सतह विरोधी-प्रतिबिंब कोटिंग्स, पीछे-सतह परावर्तक कोटिंग्स, और ग्रिड-लाइन छायांकन क्षेत्र को कम करना शामिल है।
TOPCon
TOPCon, जिसे पैसिवेटेड कॉन्टैक्ट तकनीक के रूप में भी जाना जाता है, को व्यापक रूप से PERC के बाद अगली पीढ़ी की सौर सेल तकनीक माना जाता है। HJT और IBC जैसी अन्य संभावित नई तकनीकों की तुलना में, TOPCon को सीधे मौजूदा PERC या PERT लाइनों से अपग्रेड किया जा सकता है। परिणामस्वरूप, अपनी मौजूदा उत्पादन लाइनों को अपग्रेड करने के इच्छुक निर्माताओं को अपेक्षाकृत कम पूंजी निवेश की आवश्यकता होती है, जबकि लगभग 1% की ठोस दक्षता लाभ प्राप्त होता है।
TOPCon सेल का अगला भाग मूल रूप से पारंपरिक N-प्रकार या N-PERT सेल के समान होता है, जिसमें बोरॉन (p+) एमिटर, एक पैसिवेशन परत, और एक एंटी-रिफ्लेक्शन परत होती है। मुख्य तकनीक पीछे के पैसिवेटेड कॉन्टैक्ट में निहित है: वेफर के पीछे एक अल्ट्रा-पतली ऑक्साइड परत (1–2 nm) के साथ-साथ फॉस्फोरस-डोप्ड माइक्रो/अनाकार मिश्रित सिलिकॉन पतली फिल्म होती है। द्विफलकीय अनुप्रयोगों के लिए, धातुकरण सामने की ओर Ag या Ag-Al ग्रिड और पीछे की ओर Ag ग्रिड स्क्रीन-प्रिंटिंग द्वारा किया जाता है।
टनल ऑक्साइड पैसिवेटेड संपर्क
टनल ऑक्साइड पैसिवेटेड कॉन्टैक्ट (TOPCon) ने हाल ही में महत्वपूर्ण ध्यान आकर्षित किया है क्योंकि यह 25.7% की उच्च रूपांतरण दक्षता प्राप्त करता है। TOPCon संरचना एक पतली टनल ऑक्साइड और फॉस्फोरस (P) डोप्ड पॉलीसिलिकॉन कॉन्टैक्ट परत से बनी होती है। P-डोप्ड पॉलीसिलिकॉन परत को a-Si:H को क्रिस्टलीकृत करके या LPCVD का उपयोग करके सीधे पॉलीसिलिकॉन जमा करके बनाया जा सकता है। TOPCon उच्च दक्षता वाली सौर सेल तकनीकों के बीच एक आशाजनक उम्मीदवार के रूप में सामने आता है।
HJT हेटरोजंक्शन
हेटरोजंक्शन तकनीक (HJT) एक सौर पैनल निर्माण विधि है जो पिछले दशक में बढ़ रही है। यह वर्तमान में दक्षता और बिजली उत्पादन को उच्च स्तर तक ले जाने के लिए सबसे प्रभावी प्रक्रियाओं में से एक है, यहां तक कि उद्योग की मुख्यधारा PERC तकनीक के प्रदर्शन को भी पार कर जाती है। HJT सेल दो अलग-अलग तकनीकों को एक में जोड़ती हैं: क्रिस्टलीय सिलिकॉन और अनाकार पतली फिल्म। इन तकनीकों का एक साथ उपयोग करने से अकेले उपयोग करने की तुलना में अधिक ऊर्जा प्राप्त होती है, जिससे 25% या उससे अधिक की दक्षता प्राप्त होती है।
HJT सेल संरचना
एक मोनोक्रिस्टलाइन वेफर को सब्सट्रेट के रूप में उपयोग करते हुए, वेफर के साफ और टेक्सचर्ड सामने की ओर 5–10 nm की आंतरिक a-Si:H फिल्म और फिर p-प्रकार की a-Si:H फिल्म क्रमिक रूप से जमा की जाती है, जिससे p-n हेटरोजंक्शन बनता है। वेफर के पीछे, 5–10 nm की आंतरिक फिल्म और n-प्रकार की a-Si:H फिल्म जमा की जाती है जिससे बैक सरफेस फील्ड बनता है। फिर एक पारदर्शी प्रवाहकीय ऑक्साइड फिल्म जमा की जाती है, और अंत में स्क्रीन प्रिंटिंग दोनों तरफ के शीर्ष पर धातु संग्राहक इलेक्ट्रोड बनाती है, जिससे एक सममित HJT सौर सेल का निर्माण होता है।
HJT सेल के लाभ
लचीलापन और अनुकूलनशीलता — यह तकनीक अत्यधिक मौसम स्थितियों में भी उत्कृष्ट उत्पादन क्षमता के लिए विकसित की गई थी। HJT पैनलों में पारंपरिक पैनलों की तुलना में कम तापमान गुणांक होता है, जिससे उच्च बाहरी तापमान पर उच्च प्रदर्शन सुनिश्चित होता है।
अपेक्षित जीवनकाल — औसतन, पतली-फिल्म PV मॉड्यूल 25 साल तक चल सकते हैं, जबकि HJT सेल 30 साल से अधिक समय तक सामान्य रूप से काम कर सकते हैं।
उच्च दक्षता — आज बाजार में अधिकांश हेटरोजंक्शन पैनलों की दक्षता 19.9% और 21.7% के बीच है, जो अन्य पारंपरिक मोनोक्रिस्टलाइन सेलों की तुलना में एक बड़ा सुधार है।
लागत बचत — HJT पैनलों में उपयोग की जाने वाली अनाकार सिलिकॉन एक लागत प्रभावी PV तकनीक है। अन्य तकनीकों की तुलना में, यह पतली-फिल्म सौर दृष्टिकोण कम निर्माण समय की आवश्यकता होती है। इसकी सरलीकृत प्रक्रिया के कारण, HJT वैकल्पिक समाधानों की तुलना में अधिक किफायती है।
पेरोव्स्काइट
2009 में, पेरोव्स्काइट सामग्री का उपयोग पहली बार 4% की फोटोवोल्टिक दक्षता प्राप्त करने के लिए किया गया था। 2021 तक, सिंगल-जंक्शन पेरोव्स्काइट सौर सेल (PSC) 25.5% की दक्षता तक पहुंच गए। पेरोव्स्काइट सेलों के तेजी से सुधार ने उन्हें PV क्षेत्र में एक उभरता सितारा बना दिया है और शिक्षा जगत में काफी रुचि पैदा की है। क्योंकि उनके संचालन के तरीके अभी भी अपेक्षाकृत नए हैं, पेरोव्स्काइट के अंतर्निहित भौतिकी और रसायन विज्ञान का और अध्ययन करने के लिए बहुत अवसर है।
पेरोव्स्काइट सेल संरचना
सबसे उन्नत पेरोव्स्काइट सौर सेल संरचनाएं पांच घटकों पर आधारित हैं: एक पारदर्शी प्रवाहकीय ऑक्साइड, एक इलेक्ट्रॉन परिवहन परत (ETL), पेरोव्स्काइट, एक छेद परिवहन परत (HTL), और एक धातु इलेक्ट्रोड। इन इंटरफेस पर विभिन्न सामग्रियों के ऊर्जा स्तरों और अंतःक्रियाओं को समझना और अनुकूलित करना एक बहुत ही रोमांचक शोध क्षेत्र है जो अभी भी सक्रिय चर्चा में है।
CaTiO3
पेरोव्स्काइट एक खनिज का नाम है, जिसे 1839 में रोज़ ने यूराल पर्वत की चट्टानों में खोजा था और रूसी भूविज्ञानी पेरोव्स्की के नाम पर रखा गया था। पेरोव्स्काइट सामग्री में आमतौर पर कम वाहक पुनर्संयोजन संभावना और उच्च वाहक गतिशीलता होती है, जो उन्हें सौर सेलों के लिए आदर्श सामग्री बनाती है।
पेरोव्स्काइट फिल्म निर्माण विधियाँ
पेरोव्स्काइट सौर कोशिकाओं की बिजली रूपांतरण दक्षता में सुधार की कुंजी फिल्म आकृति विज्ञान को अनुकूलित करने में निहित है। प्रयोगशाला में आमतौर पर उपयोग की जाने वाली फिल्म निर्माण विधियाँ एक-चरण या दो-चरण प्रक्रिया जमाव हैं। बड़े क्षेत्र, कम लागत वाली पेरोव्स्काइट फिल्मों की मांग को पूरा करने के लिए, स्लॉट-डाई कोटिंग, प्रिंटिंग और स्प्रेइंग जैसे प्रसंस्करण उपकरण भी पेरोव्स्काइट सौर कोशिकाओं के निर्माण के लिए उपयोग किए जाते हैं।
पेरोव्स्काइट का भविष्य
पेरोव्स्काइट पर भविष्य के शोध में पैसिवेशन और दोष में कमी जैसी रणनीतियों के माध्यम से पुनर्संयोजन को कम करने के साथ-साथ द्वि-आयामी पेरोव्स्काइट और अधिक अनुकूलित इंटरफ़ेस सामग्री को शामिल करके दक्षता में सुधार पर ध्यान केंद्रित करने की संभावना है। चार्ज निष्कर्षण परतें दक्षता और स्थिरता में सुधार के लिए कार्बनिक से अकार्बनिक सामग्री में स्थानांतरित हो सकती हैं। स्थिरता बढ़ाना और पर्यावरणीय प्रभाव को कम करना महत्वपूर्ण क्षेत्र बने हुए हैं।
सौर पीवी सेल उत्पादन में गुणवत्ता नियंत्रण
क्रिस्टलीय सिलिकॉन पीवी सेल वाणिज्यिक सौर पैनलों में सबसे आम सेल हैं, जो वैश्विक पीवी सेल बाजार की बिक्री का 90% से अधिक हिस्सा हैं।
प्रयोगशाला में, क्रिस्टलीय सिलिकॉन कोशिकाओं की ऊर्जा रूपांतरण दक्षता मोनोक्रिस्टलाइन कोशिकाओं के लिए 25% से अधिक और पॉलीक्रिस्टलाइन कोशिकाओं के लिए 20% या उससे अधिक तक पहुंचती है। हालांकि, औद्योगिक रूप से उत्पादित सौर मॉड्यूल वर्तमान में मानक परीक्षण स्थितियों के तहत केवल 18%–22% दक्षता प्राप्त करते हैं।
सफाई और बनावटीकरण
नक़्क़ाशी सतह क्षति परत को हटाती है और सतह को बनावटी बनाती है ताकि एक बनावटी संरचना बन सके जो प्रकाश को फँसाती है और परावर्तन हानि को कम करती है। बनावटी सतह की परावर्तनशीलता को मापना बनावटीकरण प्रक्रिया की निगरानी का एक महत्वपूर्ण साधन है।
प्रसार जंक्शन निर्माण और किनारा अलगाव
थर्मल प्रसार और समान विधियाँ वेफर पर विभिन्न चालकता प्रकार की एक प्रसार परत बनाती हैं, जिससे पीएन जंक्शन बनता है। विभिन्न सेल प्रकार अधिक कुशल पतली-फिल्म सौर सेल प्राप्त करने के लिए पीएन जंक्शन और वेफर के बीच एक निश्चित मोटाई की पैसिवेशन परत जमा करते हैं। यह प्रक्रिया मुख्य रूप से अल्पसंख्यक वाहक जीवनकाल, वेफर मोटाई और अपवर्तक सूचकांक की निगरानी करती है।
विरोधी-परावर्तन कोटिंग जमाव
प्रकाश अवशोषण को और बेहतर बनाने के लिए, वेफर की सतह पर एक एंटी-रिफ्लेक्शन फिल्म लगाई जाती है। वर्तमान में, उद्योग वेफर पर एक पतली फिल्म जमा करने के लिए प्लाज्मा-एन्हांस्ड केमिकल वेपर डिपोजिशन (PECVD) का उपयोग करता है, जो साथ ही एक पैसिवेशन परत के रूप में भी कार्य करती है। इस चरण में, मुख्य माप एंटी-रिफ्लेक्शन फिल्म की संप्रेषणीयता और शीट प्रतिरोध की एकरूपता हैं।
इलेक्ट्रोड निर्माण
ग्रिड-लाइन इलेक्ट्रोड सेल के सामने स्क्रीन-प्रिंट किए जाते हैं, जबकि पीछे की सतह क्षेत्र और पीछे का इलेक्ट्रोड पीछे की ओर मुद्रित होते हैं, इसके बाद सुखाने और सिंटरिंग की जाती है। इस प्रक्रिया के दौरान, तापमान नियंत्रण, संरेखण सटीकता, और ग्रिड लाइनों की ऊंचाई-से-चौड़ाई अनुपात अनिवार्य निगरानी संकेतक हैं।
Ooitech का दृष्टिकोण
ooitech का मानना है: TOPCon, HJT, और पेरोव्स्काइट प्रत्येक अपने तरीके से सौर सेल दक्षता को आगे बढ़ाते हैं, और कठोर उत्पादन गुणवत्ता नियंत्रण ही अंततः इन प्रौद्योगिकियों को विश्वसनीय, उच्च-प्रदर्शन वाले मॉड्यूल में बदलता है।
