वॉलमार्ट छत पर सौर पैनल, माउंटेन व्यू, कैलिफ़ोर्निया
वॉल-मार्ट / फ़्लिकर, सीसी द्वारा

ऊर्जा की वैश्विक मांग घंटे तक बढ़ रही है क्योंकि विकासशील देशों ने औद्योगीकरण के लिए आगे बढ़ना है। विशेषज्ञों का अनुमान है कि वर्ष 2050 तक, बिजली की दुनिया भर में मांग पहुंच सकती है 30 टेरावाट्स (ताइवान)। परिप्रेक्ष्य के लिए, एक टेरावत लगभग 1.3 अरब घोड़ों की शक्ति के बराबर है।

सूरज से ऊर्जा असीम है - सूरज हमें किसी भी तत्काल पर 120,000 TW शक्ति प्रदान करता है - और यह मुफ़्त है। लेकिन आज सौर ऊर्जा प्रदान करती है केवल एक प्रतिशत के बारे में दुनिया की बिजली का महत्वपूर्ण चुनौती यह है कि फोटो-ऊर्जा को प्रयोग करने योग्य विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए इसे कम खर्चीला बना रहा है।

ऐसा करने के लिए, हमें उस सामग्री को खोजने की जरूरत है जो सूर्य के प्रकाश को अवशोषित करते हैं और इसे बिजली में कुशलतापूर्वक रूपांतरित करते हैं। इसके अलावा, हम चाहते हैं कि इन सामग्रियों को सोलर डिवाइसेज़ में तैयार करने के लिए प्रचुर मात्रा में, पर्यावरण की दृष्टि से सौम्य और लागत प्रभावी हो।

दुनिया भर के शोधकर्ताओं ने सौर सेल प्रौद्योगिकियों को विकसित करने के लिए काम किया है जो कुशल और सस्ती हैं। लक्ष्य की तुलना में यूएस $ 1 प्रति वॉटर नीचे सौर ऊर्जा की स्थापना लागत लाने के लिए है लगभग $ 3 प्रति वॉट आज.

Binghamton विश्वविद्यालय में स्वायत्त सौर ऊर्जा केंद्र (सीएपीपी), हम पतले फिल्म सौर कोशिकाओं को उन सामग्रियों का उपयोग करने के तरीकों की जांच कर रहे हैं जो प्रचुर मात्रा में प्रकृति और गैर-विषैले हैं। हम सौर कोशिकाओं को विकसित करना चाहते हैं, जो कि विश्वसनीय हैं, बिजली के लिए सूर्य के प्रकाश को परिवर्तित करने और निर्माण के लिए सस्ती होने पर अत्यधिक कुशल हैं। हमने दो सामग्रियों की पहचान की है जो सौर अवशोषक के रूप में बहुत बड़ी क्षमता रखते हैं: पिराइट, इसकी धातु की चमक के कारण बेवकूफ सोने के रूप में जाना जाता है; और तांबा जस्ता-टिन-सल्फाइड (सीजेटीएस)

आदर्श सामग्री की तलाश में

आज की वाणिज्यिक सौर कोशिकाओं को तीन में से एक सामग्री से बना दिया जाता है: सिलिकॉन, कैडमियम टेलुरिड (सीडीटीई) और तांबे-ईण्डीयुम-गैलियम-सेलेनेइड (सीआईजीएस)। प्रत्येक में शक्तियां और कमजोरियां हैं

सिलिकॉन सौर कोशिकाएं अत्यधिक कुशल हैं, जो सूरज की रोशनी के 25 प्रतिशत तक परिवर्तित होती हैं जो उन पर बिजली में होती हैं, और बहुत टिकाऊ होती हैं। हालांकि, वेफर्स में सिलिकॉन प्रक्रिया करने के लिए बहुत महंगा है। और इन वेफर्स को बहुत मोटा होना चाहिए (लगभग 0.3 मिलीमीटर, जो सौर कोशिकाओं के लिए मोटी है) उन सभी सूर्य के प्रकाश को अवशोषित करने के लिए, जो आगे बढ़ते हैं

सिलिकॉन सौर कोशिकाओं - जिन्हें पहली पीढ़ी के सौर कोशिकाओं के रूप में संदर्भित किया जाता है - उन पैनलों में उपयोग किया जाता है जो छतों पर परिचित जगह बन गए हैं। हमारा केंद्र पतली फिल्म सौर कोशिकाओं का एक और प्रकार का अध्ययन कर रहा है, जो सौर प्रौद्योगिकी की अगली पीढ़ी है। जैसा कि उनके नाम से पता चलता है, पतली फिल्म सौर कोशिकाओं को एक सब्सट्रेट पर सौर अवशोषक सामग्री की एक पतली परत डालकर बनाया जाता है, जैसे कांच या प्लास्टिक, जो आमतौर पर लचीला हो सकता है।

ये सौर कोशिका कम सामग्री का उपयोग करते हैं, इसलिए वे सिलिकॉन से बने क्रिस्टलीय सौर कोशिकाओं की तुलना में कम महंगे हैं। लचीला सब्सट्रेट पर कोट क्रिस्टलीय सिलिकॉन संभव नहीं है, इसलिए हमें सौर अवशोषक के रूप में उपयोग करने के लिए एक अलग सामग्री की आवश्यकता है।

हालांकि पतली फिल्म सौर प्रौद्योगिकी तेजी से सुधार कर रही है, आज की पतली फिल्म सौर कोशिकाओं में कुछ सामग्री दुर्लभ या खतरनाक है। उदाहरण के लिए, सीडीटीई में कैडमियम सभी जीवित चीजों के लिए बेहद जहरीला है और मानवों में कैंसर का कारण है। सीडीटीई उच्च तापमान पर कैडमियम और टेल्यूरियम में अलग कर सकता है (उदाहरण के लिए, प्रयोगशाला या हाउसफियर में), एक गंभीर साँस लेना जोखिम।

हम pyrite और CZTS के साथ काम कर रहे हैं क्योंकि वे nontoxic और बहुत सस्ती हैं सीजेडटीएस की लागत प्रति वोल्ट 0.005 सेंट, और पीयरैट की लागत एक मात्र 0.000002 सेंट प्रति वाट। वे पृथ्वी की पपड़ी में सबसे प्रचुर सामग्री में से हैं, और सूर्य के प्रकाश के दृश्यमान स्पेक्ट्रम को कुशलता से अवशोषित करते हैं। इन फिल्मों को एक मिलीमीटर के 1 / 1000 के रूप में पतला हो सकता है।

सिग्लेटेड सूर्य के प्रकाश के तहत सीजीटीएस सौर कोशिकाओं का परीक्षण करना।
तारा ढक्कल / बिंगहॉटन विश्वविद्यालय, लेखक ने प्रदान कियाइससे पहले कि हम उन्हें सौर कोशिकाओं में तैयार कर सकें, हमें इन सामग्रियों को स्फटिक करना चाहिए। यह उन्हें गर्म करके किया जाता है सीजेडीटीएस 600 डिग्री सेल्सियस के तहत तापमान पर क्रिस्टल करता है, जो कि सिलेंक के लिए 1,200 डिग्री सेल्सियस या अधिक की तुलना में होता है, जो प्रक्रिया को कम खर्चीला बनाता है। यह उच्च दक्षता वाले तांबा ईण्डीयुम गैलियम सेलेनइड (सीआईजीएस) सौर कोशिकाओं की तरह काम करता है, जो वाणिज्यिक रूप से अब उपलब्ध हैं, लेकिन इन कोशिकाओं में सस्ता और अधिक प्रचुर जस्ता और टिन के साथ ईण्डीयुम और गैलियम की जगह है।

अब तक, हालांकि, सीजीटीएस के सौर कोशिकाओं अपेक्षाकृत अक्षम हैं: वे कम से कम परिवर्तित करते हैं 13 प्रतिशत अधिक महंगी सीआईजीएस सौर कोशिकाओं के लिए 20 प्रतिशत की तुलना में, उन पर सूर्य के प्रकाश को बिजली पर गिरता है।

हम जानते हैं कि CZTS सौर कोशिकाओं में 30 प्रतिशत कुशल होने की क्षमता है। मुख्य चुनौतियां 1 हैं) उच्चतर गुणवत्ता वाले सीजेडटीएस पतली फिल्म की अशुद्धता के किसी भी निशान के बिना, और 2) इसके नीचे "बफर" परत के लिए उपयुक्त सामग्री ढूंढ रही है, जो कि बिजली के शुल्कों को एकत्र करने में मदद करता है जो सूर्य के प्रकाश अवशोषक परत में बनाता है। हमारी प्रयोगशाला ने एक सीजेडीएस पतली फिल्म बनाई है सात प्रतिशत दक्षता; हम उच्च गुणवत्ता वाले CZTS परतों के संश्लेषण और उपयुक्त बफर परतों को खोजने के द्वारा जल्द ही 15 प्रतिशत दक्षता से संपर्क करने की आशा करते हैं।

एक सीजेडीएस सौर सेल की संरचना
तारा ढक्कल / बिंगहैटन यूनिवर्स।, लेखक द्वारा प्रदान की गईPyrite एक और संभावित अवशोषक है जो बहुत कम तापमान पर संश्लेषित किया जा सकता है। हमारी प्रयोगशाला ने पिराइट पतली फिल्मों को संश्लेषित किया है, और अब हम उन फिल्मों को सौर कोशिकाओं में ले जाने के लिए काम कर रहे हैं। यह प्रक्रिया चुनौतीपूर्ण है क्योंकि पिइराइट आसानी से टूट जाती है जब यह गर्मी और नमी से निकलती है। हम अपनी सौर अवशोषण और यांत्रिक गुणों को प्रभावित किए बिना इसे और अधिक स्थिर बनाने के तरीकों पर शोध कर रहे हैं। यदि हम इस समस्या को हल कर सकते हैं, तो "मूर्ख का सोना" स्मार्ट फोटोवोल्टिक डिवाइस में बदल सकता है।

हाल के एक अध्ययन में, स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय और बर्कले में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं का अनुमान है कि सौर ऊर्जा प्रदान कर सकती है 45 प्रतिशत तक 2050 द्वारा यूएस बिजली का उस लक्ष्य को पूरा करने के लिए, हमें सौर ऊर्जा की लागत को नीचे चलाया जाना चाहिए और सौर कोशिकाओं को अधिक स्थायी रूप से बनाने के तरीके ढूंढ़ने होंगे। हमें विश्वास है कि प्रचुर मात्रा में, गैर-विषैले सामग्री सौर ऊर्जा की क्षमता को महसूस करने की महत्वपूर्ण हैं।

के बारे में लेखक

तारा पी ढक्कल, इलेक्ट्रिकल और कंप्यूटर इंजीनियरिंग के सहायक प्रोफेसर, बिंगहैटन विश्वविद्यालय, न्यूयॉर्क विश्वविद्यालय स्टेट यूनिवर्सिटी। उनका शोध ब्याज अक्षय ऊर्जा में है, विशेषकर सौर ऊर्जा में उनका शोध लक्ष्य सौर सेल प्रौद्योगिकी को प्राप्त करना है जो पर्यावरण के अनुकूल और आर्थिक रूप से सस्ती है।

यह आलेख मूलतः पर प्रकाशित हुआ था वार्तालाप। को पढ़िए मूल लेख.

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