फोटोवोटिक्स क्या है?

ऊपर दिया गया आरेख एक बुनियादी फोटोवोल्टिक सेल के संचालन को दिखाता है, जिसे सौर सेल भी कहा जाता है। सौर सेल एक ही प्रकार की अर्धचालक सामग्री से बने होते हैं, जैसे सिलिकॉन, माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक उद्योग में उपयोग किया जाता है। सौर सेल के लिए, एक पतली अर्धचालक वेफर को विशेष रूप से विद्युत क्षेत्र बनाने के लिए उपचारित किया जाता है, एक तरफ सकारात्मक और दूसरी तरफ नकारात्मक। जब प्रकाश ऊर्जा सौर सेल से टकराती है, तो अर्धचालक सामग्री में परमाणुओं से इलेक्ट्रॉनों को ढीला कर दिया जाता है। यदि विद्युत कंडक्टर सकारात्मक और नकारात्मक पक्षों से जुड़े होते हैं, विद्युत सर्किट बनाते हैं, तो इलेक्ट्रॉनों को विद्युत प्रवाह के रूप में कैप्चर किया जा सकता है - यानी बिजली। इस बिजली का उपयोग तब एक भार, जैसे कि प्रकाश या उपकरण को बिजली देने के लिए किया जा सकता है।

कई सौर सेल एक दूसरे से विद्युत रूप से जुड़े होते हैं और एक समर्थन संरचना या फ्रेम में लगे होते हैं जिन्हें फोटोवोल्टिक मॉड्यूल कहा जाता है। मॉड्यूल को एक निश्चित वोल्टेज पर बिजली की आपूर्ति करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जैसे कि एक सामान्य 12 वोल्ट सिस्टम। उत्पादित वर्तमान सीधे इस बात पर निर्भर करता है कि मॉड्यूल पर कितना प्रकाश पड़ता है।

पीवी सेल जैसे अर्धचालक के भीतर एक विद्युत क्षेत्र बनाने के लिए आज के सबसे आम पीवी डिवाइस एक जंक्शन या इंटरफ़ेस का उपयोग करते हैं। एकल-संयोजन पीवी सेल में, केवल फोटॉन जिनकी ऊर्जा सेल सामग्री के बैंड अंतराल के बराबर या उससे अधिक है, एक विद्युत परिपथ के लिए एक इलेक्ट्रॉन को मुक्त कर सकते हैं। दूसरे शब्दों में, सिंगल-जंक्शन कोशिकाओं की फोटोवोल्टिक प्रतिक्रिया सूर्य के स्पेक्ट्रम के उस हिस्से तक सीमित है जिसकी ऊर्जा अवशोषित सामग्री के बैंड गैप से ऊपर है, और कम ऊर्जा वाले फोटॉन का उपयोग नहीं किया जाता है।

इस सीमा से बचने का एक तरीका वोल्टेज उत्पन्न करने के लिए एक से अधिक बैंड अंतराल और एक से अधिक जंक्शन के साथ दो (या अधिक) विभिन्न कोशिकाओं का उपयोग करना है। इन्हें "मल्टीजंक्शन" सेल (जिसे "कैस्केड" या "टैंडेम" सेल भी कहा जाता है) कहा जाता है। मल्टीजंक्शन डिवाइस एक उच्च कुल रूपांतरण दक्षता प्राप्त कर सकते हैं क्योंकि वे प्रकाश के अधिक ऊर्जा स्पेक्ट्रम को बिजली में परिवर्तित कर सकते हैं।

जैसा कि नीचे दिखाया गया है, एक मल्टीजंक्शन डिवाइस बैंड गैप (ईजी) के अवरोही क्रम में अलग-अलग सिंगल-जंक्शन कोशिकाओं का ढेर है। शीर्ष सेल उच्च-ऊर्जा फोटॉनों को कैप्चर करता है और बाकी फोटॉनों को लो-बैंड-गैप कोशिकाओं द्वारा अवशोषित करने के लिए पास करता है।