پتلی فلم شمسی خلیات

آج مارکیٹ میں موجود 85% شمسی خلیات کرسٹل لائن سولر ماڈیولز ہیں۔ تاہم، ماہرین یقین دہانی کراتے ہیں کہ شمسی خلیوں کی تیاری کے لیے پتلی فلم کی ٹیکنالوجی زیادہ کارآمد ثابت ہوئی ہے اور اس لیے پہلے سے معلوم کرسٹل ماڈیولز میں سب سے زیادہ امید افزا ہے۔

پتلی فلم ٹیکنالوجی کا سب سے بڑا فائدہ اس کی کم قیمت ہے، یہی وجہ ہے کہ آنے والے سالوں میں اس کے پاس لیڈر بننے کا ہر موقع ہے۔ نئے بیس کے ماڈیول لفظ کے لغوی معنی میں، سولر پینلز کو لچکدار بناتے ہیں۔ وہ ہلکے اور لچکدار ہیں، جو آپ کو اس طرح کی بیٹریوں کو لفظی طور پر کسی بھی سطح پر رکھنے کی اجازت دیتا ہے، بشمول لباس کی سطح.

لچکدار سولر سیل پولیمر فلموں، بے ساختہ سلیکون، ایلومینیم، کیڈمیم ٹیلورائیڈ اور دیگر سیمی کنڈکٹرز پر مبنی ہیں، جو پہلے ہی موبائل فون، لیپ ٹاپ، ٹیبلیٹ، ویڈیو کیمروں اور دیگر گیجٹس کے لیے پورٹیبل چارجرز کی تیاری میں استعمال ہوتے ہیں، چھوٹے فولڈ ایبل کی شکل میں۔ شمسی خلیات لیکن اگر زیادہ طاقت کی ضرورت ہے، تو ماڈیول کا رقبہ بڑا ہونا پڑے گا۔

پتلی فلم کے شمسی خلیوں کے پہلے نمونے ایک سبسٹریٹ پر جمع کیے گئے بے ساختہ سلکان کے ساتھ بنائے گئے تھے، اور کارکردگی صرف 4 سے 5٪ تھی، اور سروس کی زندگی طویل نہیں تھی۔ اسی ٹیکنالوجی کا اگلا مرحلہ کارکردگی کو 8 فیصد تک بڑھانا اور سروس لائف کو بڑھانا تھا، یہ اپنے کرسٹل پیشروؤں کے مقابلے کے قابل بن گیا۔ آخر میں، پتلی فلم کے ماڈیولز کی تیسری نسل میں پہلے سے ہی 12٪ کی کارکردگی تھی، جو پہلے سے ہی ایک اہم پیش رفت اور مسابقت ہے۔

یہاں استعمال ہونے والے انڈیم کاپر سیلینائیڈ اور کیڈمیم ٹیلورائیڈ نے 10% تک کی کارکردگی کے ساتھ لچکدار سولر سیل اور پورٹیبل چارجرز بنانا ممکن بنایا ہے، اور یہ پہلے سے ہی ایک اہم کامیابی ہے، اس بات پر غور کرتے ہوئے کہ طبیعیات دان کارکردگی کے ہر اضافی فیصد کے لیے جدوجہد کر رہے ہیں۔ اب آئیے اس پر گہری نظر ڈالتے ہیں کہ پتلی فلم کی بیٹریاں کیسے بنتی ہیں۔

جہاں تک کیڈمیم ٹیلورائیڈ کا تعلق ہے، اس کا مطالعہ 1970 کی دہائی میں روشنی کو جذب کرنے والے مواد کے طور پر کیا جانا شروع ہوا، جب خلا میں استعمال کے لیے بہترین آپشن تلاش کرنا ضروری تھا۔ آج تک، کیڈیمیم ٹیلورائڈ شمسی خلیوں کے لیے سب سے زیادہ امید افزا ہے۔ تاہم، کیڈیمیم زہریلا کا سوال کچھ وقت کے لئے کھلا رہتا ہے.

تحقیق کے نتیجے میں یہ ظاہر ہوا کہ خطرہ کم سے کم ہے، فضا میں خارج ہونے والے کیڈمیم کی سطح خطرناک نہیں ہے۔ کارکردگی 11% ہے، جبکہ فی واٹ کی قیمت سلکان اینالاگ سے ایک تہائی کم ہے۔

اب کاپر انڈیم سیلینائیڈ کے لیے۔ آج کل انڈیم کی ایک خاصی مقدار فلیٹ پینل مانیٹر بنانے کے لیے استعمال ہوتی ہے، اس لیے انڈیم کو اس کے باوجود گیلیئم سے بدل دیا جاتا ہے، جس کے لیے وہی خصوصیات ہیں۔ شمسی توانائی… اس بنیاد پر فلم کی بیٹریاں 20% کی کارکردگی حاصل کرتی ہیں۔

حال ہی میں، پولیمر پینلز تیار ہونا شروع ہو گئے ہیں۔یہاں، نامیاتی سیمی کنڈکٹرز روشنی کو جذب کرنے والے مواد کے طور پر کام کرتے ہیں: کاربن فلرینز، پولی فینیلین، کاپر فیتھلوکیانین، وغیرہ۔ سولر سیل کی موٹائی 100 nm ہے، لیکن کارکردگی صرف 5 سے 6٪ ہے۔ لیکن ایک ہی وقت میں، پیداواری لاگت کافی کم ہے، فلمیں سستی، ہلکی اور مکمل طور پر ماحول دوست ہیں۔ اس وجہ سے، رال پینل مقبول ہیں جہاں ماحولیاتی دوستی اور میکانی لچک اہم ہیں.

لہذا آج تیار کردہ پتلی فلم شمسی خلیوں کی کارکردگی:

• سنگل کرسٹل - 17 سے 22٪ تک؛

• پولی کرسٹل - 12 سے 18٪ تک؛

• بے ترتیب سلکان - 5 سے 6٪؛

• کیڈیمیم ٹیلورائڈ - 10 سے 12٪ تک؛

• کاپر-انڈیم سیلینائڈ - 15 سے 20٪ تک؛

• نامیاتی پولیمر - 5 سے 6٪۔

پتلی فلم بیٹریوں کی خصوصیات کیا ہیں؟ سب سے پہلے، یہ پھیلی ہوئی روشنی میں بھی ماڈیولز کی اعلیٰ کارکردگی کو نوٹ کرنے کے قابل ہے، جو کرسٹل اینالاگس کے مقابلے میں سال کے دوران 15% زیادہ طاقت دیتا ہے۔ اگلا مینوفیکچرنگ لاگت کا فائدہ آتا ہے۔ ہائی پاور سسٹمز میں، 10 کلو واٹ سے، پتلی فلم کے ماڈیول زیادہ کارکردگی دکھاتے ہیں، حالانکہ 2.5 گنا زیادہ علاقے کی ضرورت ہوتی ہے۔

اس طرح، ہم ان حالات کا نام دے سکتے ہیں جب پتلی فلم کے ماڈیولز ایک جائز فائدہ حاصل کرتے ہیں۔ زیادہ تر ابر آلود موسم والے علاقوں میں، پتلی فلم کی بیٹریاں مؤثر طریقے سے کام کریں گی (بکھیرتی روشنی)۔ گرم آب و ہوا والے علاقوں کے لیے، پتلی فلمیں زیادہ کارآمد ہوتی ہیں (وہ اونچے درجہ حرارت پر بھی اتنی ہی مؤثر طریقے سے کام کرتی ہیں جتنا کم درجہ حرارت پر)۔ عمارتوں کے اگلے حصے کو ختم کرنے کے لئے آرائشی ڈیزائن کے حل کے طور پر استعمال کا امکان۔ 20% تک شفافیت ممکن ہے، جو دوبارہ ڈیزائنرز کے ہاتھ میں چلتی ہے۔

دریں اثنا، 2008 میں، امریکی کمپنی سولینڈرا نے سلنڈروں پر پتلی فلم کی بیٹریاں رکھنے کی تجویز پیش کی، جہاں ایک شیشے کی ٹیوب پر فوٹو سیل کی ایک تہہ لگائی جاتی ہے جو برقی رابطوں سے لیس ایک اور ٹیوب کے اندر رکھی جاتی ہے۔ استعمال شدہ مواد کاپر، سیلینیم، گیلیم، انڈیم ہیں۔

بیلناکار ڈیزائن زیادہ روشنی کو جذب کرنے کی اجازت دیتا ہے، اور 40 سلنڈروں کا ایک سیٹ دو پینلز کے فی میٹر فٹ ہوجاتا ہے۔ یہاں خاص بات یہ ہے کہ سفید چھت کی کوٹنگ ایسے محلول کی اعلیٰ کارکردگی میں حصہ ڈالتی ہے، کیونکہ اس کے بعد منعکس ہونے والی شعاعیں بھی کام کرتی ہیں، اپنی توانائی کا 20 فیصد اضافہ کرتی ہیں۔ اس کے علاوہ، بیلناکار سیٹ 55 m/s تک کے جھونکے کے ساتھ تیز ہواؤں کے لیے بھی مزاحم ہیں۔

آج تیار کیے گئے زیادہ تر سولر سیلز میں صرف ایک پی این جنکشن ہوتا ہے، اور بینڈ گیپ سے کم توانائی والے فوٹون صرف جنریشن میں حصہ نہیں لیتے۔ پھر سائنسدانوں نے اس حد کو دور کرنے کے لیے ایک طریقہ نکالا، کثیر پرت کے ڈھانچے کے جھرنوں والے عناصر تیار کیے گئے، جہاں ہر پرت کی اپنی بینڈ چوڑائی ہوتی ہے، یعنی ہر پرت کا الگ پی این جنکشن ہوتا ہے جس میں جذب شدہ توانائی کی انفرادی قدر ہوتی ہے۔ فوٹون

اوپری تہہ ہائیڈروجنیٹڈ بیمار سلیکون پر مبنی ایک مرکب سے بنتی ہے، دوسری - اسی طرح کا مرکب جس میں جرمینیئم (10-15%) شامل ہوتا ہے، تیسرا - 40 سے 50% جرمینیم کے اضافے کے ساتھ۔ اس طرح، ہر یکے بعد دیگرے پرت میں پچھلی پرت کے مقابلے میں ایک فاصلہ کم ہوتا ہے، اور اوپری تہوں میں جذب نہ ہونے والے فوٹونز فلم کی زیریں تہوں سے جذب ہو جاتے ہیں۔

اس نقطہ نظر میں، پیدا ہونے والی توانائی کی لاگت روایتی کرسٹل لائن سلکان سیل کے مقابلے میں آدھی رہ جاتی ہے۔ نتیجے کے طور پر، تین پاس والی فلم کے ساتھ 31% کی کارکردگی حاصل کی گئی، اور پانچ پاس والی فلم تمام 43% کا وعدہ کرتی ہے۔

حال ہی میں، ماسکو اسٹیٹ یونیورسٹی کے ماہرین نے نامیاتی مواد کے لچکدار سبسٹریٹ پر لاگو پولیمر کی بنیاد پر رول قسم کے سولر سیل تیار کیے ہیں۔ کارکردگی صرف 4٪ نکلی، لیکن ایسی بیٹریاں 10،000 گھنٹے تک + 80 ° C پر بھی کام کر سکتی ہیں۔ یہ مطالعہ ابھی تک مکمل نہیں ہوئے ہیں۔

سوئس سائنسدانوں نے پولیمر کی بنیاد پر 20.4 فیصد کی کارکردگی حاصل کی، اور انڈیم، کاپر، سیلینیم اور گیلیم کو سیمی کنڈکٹرز کے طور پر استعمال کیا گیا۔ آج، یہ ایک پتلی پولیمر فلم پر عناصر کے لیے ایک ریکارڈ ہے۔

جاپان میں، انہوں نے اسی طرح کے (انڈیم، سیلینیم، کاپر) اسپٹر جمع شدہ سیمی کنڈکٹرز میں 19.7 فیصد کارکردگی حاصل کی۔ اور جاپان میں انہوں نے شمسی تانے بانے تیار کرنا شروع کر دیے، کپڑے سے منسلک تقریباً 1.2 ملی میٹر قطر کے بیلناکار عناصر کا استعمال کرتے ہوئے کپڑے کے سولر پینل تیار کیے گئے۔ 2015 کے آغاز میں، انہوں نے اس بنیاد پر کپڑوں اور سن شیڈز کی تیاری شروع کرنے کا منصوبہ بنایا۔

یہ واضح ہے کہ مستقبل قریب میں پتلی فلم والے سولر پینل بالآخر عام طور پر آبادی کے لیے دستیاب ہو جائیں گے۔یہ بے فائدہ نہیں ہے کہ لاگت کو کم کرنے کے لیے دنیا بھر میں اس پر بہت زیادہ تحقیق کی جا رہی ہے۔