سولر پینلز کے لیے فوٹو وولٹک سیلز کی پیداوار

کسی بھی فوٹوولٹک تنصیب کی بنیاد ہمیشہ ایک فوٹوولٹک ماڈیول ہوتا ہے۔ ایک فوٹوولٹک ماڈیول فوٹو وولٹک خلیوں کا ایک مجموعہ ہے جو برقی طور پر آپس میں جڑے ہوئے ہیں۔ فوٹو وولٹک کی اصطلاح دو الفاظ پر مشتمل ہے «فوٹو» (یونانی سے لائٹ) اور «وولٹ» (الیسینڈرو وولٹا - 1745-1827، اطالوی ماہر طبیعیات) - الیکٹریکل انجینئرنگ میں وولٹیج کی پیمائش کی ایک اکائی۔ فوٹوولٹک کی اصطلاح کا تجزیہ کرتے ہوئے، ہم کہہ سکتے ہیں - یہ ہے۔ روشنی کو بجلی میں تبدیل کرنا.

ایک فوٹوولٹک سیل (سولر سیل) شمسی تابکاری کو تبدیل کرکے بجلی پیدا کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ ایک فوٹو سیل کے بارے میں سوچا جا سکتا ہے کہ n-type اور p-type سیمک کنڈکٹرز سے بنا ہوا ایک کیریئر-ختم خطہ بنتا ہے، لہذا ایک غیر روشن فوٹو سیل ایک ڈایڈڈ کی طرح ہے اور اسے ڈایڈڈ کے طور پر بیان کیا جا سکتا ہے۔

1 اور 3 eV کے درمیان چوڑائی والے سیمی کنڈکٹرز کے لیے، زیادہ سے زیادہ نظریاتی کارکردگی کو 30% تک پہنچایا جا سکتا ہے۔ بینڈ گیپ کم از کم فوٹوون توانائی ہے جو ایک الیکٹران کو والینس بینڈ سے کنڈکشن بینڈ تک اٹھا سکتی ہے۔ سب سے زیادہ عام تجارتی شمسی خلیات ہیں چکمک عناصر.

سلیکن مونوکریسٹلز اور پولی کرسٹلز۔ سلکان آج فوٹو وولٹک ماڈیولز کی تیاری کے لیے سب سے عام عناصر میں سے ایک ہے۔ تاہم، شمسی تابکاری کے کم جذب کی وجہ سے، سلکان کرسٹل شمسی خلیات عام طور پر 300 µm چوڑے بنائے جاتے ہیں۔ سلکان مونوکرسٹل لائن فوٹو سیل کی کارکردگی 17٪ تک پہنچ جاتی ہے۔

اگر ہم پولی کرسٹل لائن سلکان فوٹو سیل لیتے ہیں، تو اس کی کارکردگی مونو کرسٹل لائن سلکان کے مقابلے میں 5% کم ہے۔ پولی کرسٹل کی اناج کی باؤنڈری چارج کیریئرز کا دوبارہ جمع کرنے کا مرکز ہے۔ پولی کرسٹل لائن سلکان کرسٹل کا سائز چند ملی میٹر سے ایک سینٹی میٹر تک مختلف ہو سکتا ہے۔

گیلیم آرسنائیڈ (GaAs)۔ گیلیم آرسنائیڈ سولر سیلز نے پہلے ہی لیبارٹری کے حالات میں 25% کی کارکردگی کا مظاہرہ کیا ہے۔ گیلیم آرسنائیڈ، جو آپٹو الیکٹرانکس کے لیے تیار کیا گیا ہے، بڑی مقدار میں پیدا کرنا مشکل ہے اور شمسی خلیوں کے لیے کافی مہنگا ہے۔ گیلیم آرسنائیڈ سولر سیل لگائے جاتے ہیں۔ شمسی concentrators کے ساتھ ساتھ، اسی طرح cosmonautics کے لیے۔

پتلی فلم فوٹو سیل ٹیکنالوجی۔ سلکان سیل کا بنیادی نقصان ان کی اعلی قیمت ہے۔ بے ساختہ سلیکون (a-Si)، کیڈمیم ٹیلورائیڈ (CdTe) یا کاپر-انڈیم ڈیسیلینائیڈ (CuInSe2) سے بنے پتلے فلمی خلیے دستیاب ہیں۔ پتلی فلم سولر سیلز کا فائدہ خام مال کی بچت اور سلکان سولر سیلز کے مقابلے میں سستی پیداوار ہے۔ لہذا، ہم کہہ سکتے ہیں کہ پتلی فلم کی مصنوعات کے فوٹو سیلز میں استعمال کے امکانات ہوتے ہیں۔

منفی پہلو یہ ہے کہ کچھ مواد کافی زہریلے ہیں، لہذا مصنوعات کی حفاظت اور ری سائیکلنگ ایک اہم کردار ادا کرتی ہے۔ اس کے علاوہ، ٹیلورائڈ سلکان کے مقابلے میں ایک کم ہونے والا وسیلہ ہے۔پتلی فلم فوٹو سیلز کی کارکردگی 11٪ (CuInSe2) تک پہنچ جاتی ہے۔

1960 کی دہائی کے اوائل میں، سولر سیلز کی قیمت تقریباً $1,000/W چوٹی کی طاقت تھی اور زیادہ تر خلا میں تیار کیے گئے تھے۔ 1970 کی دہائی میں، فوٹو سیلز کی بڑے پیمانے پر پیداوار شروع ہوئی اور ان کی قیمت $100/W تک گر گئی۔ مزید پیش رفت اور فوٹو سیلز کی قیمت میں کمی نے گھریلو ضروریات کے لیے فوٹو سیلز کا استعمال ممکن بنایا۔ خاص طور پر آبادی کے ایک حصے کے لیے جو بجلی کی لائنوں سے دور رہتے ہیں اور معیاری بجلی کی فراہمی، فوٹوولٹک ماڈیولز ایک اچھا متبادل بن گئے ہیں۔

تصویر میں پہلا سلکان پر مبنی سولر سیل دکھایا گیا ہے۔ اسے 1956 میں امریکی کمپنی بیل لیبارٹریز کے سائنسدانوں اور انجینئروں نے بنایا تھا۔ سولر سیل ایک دوسرے سے برقی طور پر جڑے ہوئے فوٹو وولٹک ماڈیولز کا مجموعہ ہے۔ مرکب کو مطلوبہ برقی پیرامیٹرز جیسے کرنٹ اور وولٹیج کی بنیاد پر منتخب کیا جاتا ہے۔ ایسی سولر بیٹری کا ایک سیل، جو 1 واٹ سے کم بجلی پیدا کرتا ہے، اس کی قیمت $250 ہے۔ روایتی گرڈ سے پیدا ہونے والی بجلی 100 گنا زیادہ مہنگی تھی۔

تقریباً 20 سالوں سے سولر پینل صرف جگہ کے لیے استعمال ہو رہے ہیں۔ 1977 میں بجلی کی قیمت 76 ڈالر فی واٹ سیل کر دی گئی۔ کارکردگی میں بتدریج اضافہ ہوا: 1990 کی دہائی کے وسط میں 15% اور 2000 تک 20%۔ اس موضوع پر موجودہ سب سے زیادہ متعلقہ ڈیٹا —شمسی خلیوں اور ماڈیولز کی کارکردگی

سلکان شمسی خلیوں کی پیداوار کو تقریباً تین اہم مراحل میں تقسیم کیا جا سکتا ہے۔

• اعلی طہارت سلکان کی پیداوار؛

• پتلی سلیکون واشر بنانا؛

• فوٹو سیل کی تنصیب

اعلی طہارت سلکان کی پیداوار کے لیے اہم خام مال کوارٹج ریت (SiO2)2) ہے۔ پگھل electrolysis کے ذریعے حاصل کیا جاتا ہے میٹالرجیکل سلکانجس کی پاکیزگی 98% تک ہے۔ سلکان کی بحالی کا عمل اس وقت ہوتا ہے جب ریت 1800 ° C کے اعلی درجہ حرارت پر کاربن کے ساتھ تعامل کرتی ہے:

طہارت کی یہ ڈگری فوٹو سیل کی تیاری کے لیے کافی نہیں ہے، اس لیے اس پر مزید کارروائی کی جانی چاہیے۔ سیمی کنڈکٹر انڈسٹری کے لیے سلکان کی مزید تطہیر عملی طور پر پوری دنیا میں سیمنز کی تیار کردہ ٹیکنالوجی کے ذریعے کی جاتی ہے۔

"سیمنز کا عمل" ہائیڈروکلورک ایسڈ کے ساتھ میٹالرجیکل سلکان کے رد عمل سے سلکان کی تطہیر ہے، جس کے نتیجے میں ٹرائکلوروسیلین (SiHCl3):

Trichlorosilane (SiHCl3) مائع مرحلے میں ہے، لہذا یہ آسانی سے ہائیڈروجن سے الگ ہوجاتا ہے۔ اس کے علاوہ، ٹرائکلوروسیلین کی بار بار کشید اس کی پاکیزگی کو 10-10% تک بڑھا دیتی ہے۔

اس کے بعد کا عمل - پیوریفائیڈ ٹرائکلوروسیلین کا پائرولیسس - اعلی پاکیزگی پولی کرسٹل لائن سلکان پیدا کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ نتیجے میں پولی کرسٹل لائن سلکان سیمی کنڈکٹر انڈسٹری میں استعمال کی شرائط کو مکمل طور پر پورا نہیں کرتا، لیکن سولر فوٹوولٹک انڈسٹری کے لیے مواد کا معیار کافی ہے۔

پولی کرسٹل لائن سلکان مونوکریسٹل لائن سلکان کی پیداوار کے لیے ایک خام مال ہے۔ مونوکریسٹل لائن سلکان کی تیاری کے لیے دو طریقے استعمال کیے جاتے ہیں - Czochralski طریقہ اور زون پگھلنے کا طریقہ۔

زوکرالسکی کا طریقہ توانائی کی گہرائی کے ساتھ ساتھ مادی گہری بھی ہے۔ پولی کرسٹل لائن سلکان کی ایک نسبتاً کم مقدار کروسیبل میں چارج کی جاتی ہے اور ویکیوم کے نیچے پگھل جاتی ہے۔مونوسیلیکون کا ایک چھوٹا سا بیج پگھلنے کی سطح پر گرتا ہے اور پھر سطحی تناؤ کی قوت کی وجہ سے اس کے پیچھے بیلناکار انگوٹ کو کھینچ کر، مڑتا، اٹھتا ہے۔

اس وقت، کھینچے ہوئے انگوٹوں کا قطر 300 ملی میٹر تک ہے۔ 100-150 ملی میٹر کے قطر کے ساتھ پنڈوں کی لمبائی 75-100 سینٹی میٹر تک پہنچ جاتی ہے۔ لمبے ہوئے پنڈ کی کرسٹل ساخت بیج کی مونوکرسٹل لائن ساخت کو دہراتی ہے۔ ایک پنڈ کے قطر اور لمبائی میں اضافہ، نیز اس کے کاٹنے کی ٹیکنالوجی کو بہتر بنانے سے، فضلہ کی مقدار میں کمی آئے گی، اس طرح نتیجے میں بننے والے فوٹو سیلز کی لاگت میں کمی آئے گی۔

بیلٹ ٹیکنالوجی. موبل سولر انرجی کارپوریشن کی طرف سے تیار کردہ تکنیکی عمل پگھلنے سے سلکان کی پٹیوں کو کھینچنے اور ان پر شمسی خلیوں کی تشکیل پر مبنی ہے۔ میٹرکس جزوی طور پر سلکان پگھلنے میں ڈوبا ہوا ہے اور، کیپلیری اثر کی وجہ سے، پولی کرسٹل لائن سلکان بڑھتا ہے، ایک ربن بناتا ہے۔ پگھل کرسٹالائز ہوتا ہے اور میٹرکس سے ہٹا دیا جاتا ہے۔ پیداواری صلاحیت کو بڑھانے کے لیے، آلات کو ڈیزائن کیا گیا ہے، جس پر ایک ہی وقت میں نو بیلٹ حاصل کرنا ممکن ہے۔ نتیجہ ایک نو رخا پرزم ہے۔

بیلٹ کا فائدہ یہ ہے کہ ان کی قیمت کم ہوتی ہے اس حقیقت کی وجہ سے کہ پنڈ کاٹنے کا عمل خارج ہے۔ اس کے علاوہ، مستطیل فوٹو وولٹک خلیات آسانی سے حاصل کیے جاسکتے ہیں، جبکہ مونوکرسٹل لائن پلیٹوں کی گول شکل فوٹو وولٹک ماڈیول میں فوٹو وولٹک سیل کی اچھی جگہ کا تعین کرنے میں معاون نہیں ہوتی۔

نتیجے میں پولی کرسٹل لائن یا مونو کرسٹل لائن سلکان راڈز کو 0.2-0.4 ملی میٹر موٹی پتلی ویفرز میں کاٹنا ضروری ہے۔ مونو کرسٹل لائن سلیکون کی چھڑی کو کاٹتے وقت، تقریباً 50% مواد نقصان میں چلا جاتا ہے۔اس کے علاوہ، گول واشر ہمیشہ نہیں ہوتے ہیں، لیکن اکثر، ایک مربع شکل بنانے کے لئے کاٹتے ہیں.