स्थिरता
एआई ने परोवस्काइट स्थिरता को अनलॉक करके पतली-फ़िल्म सौर ऊर्जा को उन्नत किया
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सिलिकॉन से पतली फ़िल्मों तक
हमने अपने लेख “सौर युग — मानवता के लिए उज्ज्वल भविष्य” में बताया था कि सौर ऊर्जा का उदय, कम से कम लंबी अवधि में, हमारी ऊर्जा आपूर्ति में क्रांति ला रहा है।
फिलहाल लगभग 90% सौर पैनल सिलिकॉन-आधारित तकनीक से बनते हैं। इनमें से अधिकांश पॉलीसिलिकॉन डिज़ाइन का उपयोग करते हैं, जिन्होंने पुराने मोनोसिलिकॉन डिज़ाइन की जगह ली है। मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन अधिक टिकाऊ है, लेकिन लागत की दृष्टि से कम कुशल है।
स्रोत: EIA
एक विकल्प परोवस्काइट है, जिसे अक्सर पतली-फिल्म सौर कोशिका भी कहा जाता है। यह परोवस्काइट की विशिष्ट क्रिस्टलीय संरचना की मदद से सूर्य की ऊर्जा ग्रहण करता है। पतली-फिल्म की एक अन्य तकनीक कैडमियम टेल्यूराइड कोशिकाओं का उपयोग करती है।
“पतली-फिल्म” नाम बिजली उत्पादन के लिए आवश्यक पदार्थ की बहुत पतली परत से आता है, जिससे सौर कोशिकाएँ अधिक लचीली और हल्की बनती हैं।
प्राकृतिक परोवस्काइट कैल्शियम और टाइटेनियम ऑक्साइड (CaTiO3) से बनते हैं, लेकिन अन्य खनिज भी “ABX3” नियम वाले रासायनिक सूत्र के साथ वही क्रिस्टलीय संरचना अपना सकते हैं।
ऊर्जा रूपांतरण क्षमता बहुत अधिक होने के बावजूद परोवस्काइट, सिलिकॉन सौर कोशिकाओं से कम टिकाऊ हैं। इसी कारण उनका व्यावहारिक उपयोग और व्यावसायिक अपनाव बाधित हुआ है।
चाल्मर्स प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय (स्वीडन) और बर्मिंघम विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने मशीन लर्निंग से परोवस्काइट क्रिस्टल संरचना के सैद्धांतिक ज्ञान की कमी को स्पष्ट किया। इससे उन्हें अधिक टिकाऊ बनाने और संभवतः अगली पीढ़ी की व्यावसायिक फोटोवोल्टाइक तकनीक बनने का रास्ता खुला है।
उन्होंने अपने परिणाम Journal of the American Chemical Society1 में “Revealing the Low-Temperature Phase of FAPbI3 Using a Machine-Learned Potential” शीर्षक से प्रकाशित किए।
फॉर्मामिडिनियम परोवस्काइट स्थिरता
शोधकर्ताओं ने फॉर्मामिडिनियम लेड आयोडाइड (FAPbI3) नामक पदार्थ पर काम किया। भविष्य की सौर कोशिका तकनीकों के लिए आशाजनक गुणों के कारण इसे हैलाइड परोवस्काइट समूह के सर्वश्रेष्ठ प्रदर्शन वाले पदार्थों में माना जाता है।
लेकिन सामान्यतः यह पदार्थ धूप में व्यावसायिक उपयोग के लिए पर्याप्त स्थिर नहीं है। इसका एक कारण यह है कि फॉर्मामिडिनियम लेड आयोडाइड के निम्न-तापमान चरण को अब तक अच्छी तरह नहीं समझा गया था।
“इस पदार्थ का निम्न-तापमान चरण लंबे समय से शोध की पहेली का एक गायब हिस्सा था। अब हमने इस चरण की संरचना से जुड़े एक मूलभूत प्रश्न का उत्तर दे दिया है।”
उन्नत एआई मॉडलिंग
FAPbI3 की क्रिस्टल संरचना समझने के लिए अब तक के प्रयोगात्मक अवलोकन पर्याप्त नहीं थे। परमाणुओं के व्यवहार की एक-एक करके गणना और अनुकरण करने वाले पारंपरिक कंप्यूटर सिमुलेशन के लिए शक्तिशाली सुपरकंप्यूटर और लंबा समय चाहिए।
इसके बजाय शोधकर्ताओं ने मशीन लर्निंग की विशेषज्ञता का उपयोग करके कंप्यूटर सिमुलेशन की दक्षता में भारी सुधार किया।
“अपने मानक तरीकों को मशीन लर्निंग के साथ जोड़कर हम अब पहले की तुलना में हजारों गुना लंबे सिमुलेशन चला सकते हैं।
हमारे मॉडल अब सैकड़ों के बजाय लाखों परमाणुओं को शामिल कर सकते हैं, जिससे वे वास्तविक दुनिया के अधिक निकट आते हैं।”
FAPbI3 में क्रिस्टल चरण परिवर्तन
तापमान के अनुसार FAPbI3 अलग-अलग क्रिस्टल संरचनाएँ अपना सकता है: 300 K (27°C / 80°F) पर घनाकार, 285 K (12°C / 53°F) से नीचे चतुष्कोणीय, और 140 K (-133°C / -207°F) पर इसकी संरचना अब तक अज्ञात थी।
सिमुलेशन ने अनुमान लगाया कि ठंडा करने पर पदार्थ को अर्ध-स्थिर अवस्था में रखा जा सकता है।
इसके बाद शोधकर्ताओं ने वास्तविक प्रयोग में -200°C / -328°F पर परीक्षण किया और पुष्टि की कि सिमुलेशन इस अब तक अप्रमाणित स्थिति में भी परोवस्काइट क्रिस्टलों के व्यवहार का सही अनुमान लगाता है।
मॉडल ने कार्बन परमाणुओं की गति का लगभग पूर्ण अनुमान लगाया और नाइट्रोजन परमाणुओं के लिए भी पर्याप्त सटीकता दिखाई।
एआई-संचालित परोवस्काइट अनुसंधान के अनुप्रयोग
यह मॉडल परोवस्काइट पदार्थ की सभी क्रिस्टल संरचनाओं का अच्छी सटीकता से अनुमान लगाने वाला पहला मॉडल है। इसे बहुत कम कंप्यूटिंग संसाधन चाहिए, इसलिए दुनिया की लगभग कोई भी शोध टीम इसका उपयोग कर सकती है। इससे तकनीक की प्रगति बहुत तेज हो सकती है।
क्रिस्टल संरचना और उसकी स्थिरता परोवस्काइट को अधिक टिकाऊ बनाने की आधारशिला हैं और उसे व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य बनाने के लिए भी आवश्यक हैं।
“हमें आशा है कि सिमुलेशन से मिली समझ भविष्य में जटिल हैलाइड परोवस्काइट पदार्थों के मॉडल और विश्लेषण में योगदान देगी।”
पतली-फिल्म सौर तकनीक अधिक लचीली होने के कारण पारंपरिक सौर पैनलों से कहीं अधिक परिस्थितियों में लगाई जा सकती है। इसका वजन भी बहुत कम होता है।
यदि परोवस्काइट का व्यावसायिक उपयोग संभव हुआ, तो इसे इमारतों की सतहों, कारों, छतों, मोबाइल फोन आदि पर लगाया जा सकेगा और बड़े सौर फार्मों के लिए अलग भूमि दिए बिना प्रचुर ऊर्जा प्राप्त होगी।
अमिडिनियम इस तकनीक के लिए सही दिशा दिखाई देता है। अन्य रिपोर्टों के अनुसार अमिडिनियम की सुरक्षात्मक परत पतली-फिल्म सौर कोशिकाओं का जीवन बहुत बढ़ा सकती है। एलुमिना नैनोकण भी परोवस्काइट सौर कोशिकाओं का जीवन दस गुना बढ़ा सकते हैं।
संभावना है कि इनमें से कई तकनीकों का संयोजन अंततः अत्यंत टिकाऊ पतली-फिल्म परोवस्काइट सौर कोशिका बनाएगा।
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| प्रौद्योगिकी | सामग्री | दक्षता संभावित | टिकाऊपन | व्यावसायिक तत्परता |
|---|---|---|---|---|
| सिलिकॉन (एकल/बहु) | क्रिस्टलीय सिलिकॉन | 22–26% | बहुत उच्च (25–30 वर्ष) | पूरी तरह व्यावसायिक |
| कैडमियम टेल्यूराइड | CdTe पतली-फ़िल्म | 23–25% | उच्च (30 वर्ष, 89% प्रतिधारण) | व्यावसायिक (First Solar ) |
| परोवस्काइट (FAPbI3, अमिडिनियम) | हैलाइड परोवस्काइट | >30% (प्रयोगशाला-स्तर टैंडेम) | वर्तमान में कम (सूर्यप्रकाश में क्षय) | पूर्व-व्यावसायिक, अनुसंधान चरण |
सौर नवाचार में निवेश
FSLR मूल्य चार्ट
First Solar अमेरिका और पूरे पश्चिमी गोलार्ध की सबसे बड़ी सौर पैनल निर्माता है, जिसकी विनिर्माण इकाइयाँ अमेरिका, मलेशिया और वियतनाम में हैं।
कंपनी पारंपरिक क्रिस्टलीय सिलिकॉन तकनीक का उपयोग नहीं करती, बल्कि अपनी स्वामित्व वाली पतली-फिल्म फोटोवोल्टाइक तकनीक अपनाती है।
कैडमियम टेल्यूराइड पर आधारित ये पैनल अधिक कुशल हैं, कम लागत में बनते हैं और आसानी से बड़े पैमाने पर निर्मित किए जा सकते हैं।
स्रोत: अमेरिकी ऊर्जा विभाग
कैडमियम टेल्यूराइड पतली-फिल्म सौर पैनल अधिक टिकाऊ भी हैं और 30 वर्ष बाद अपनी मूल क्षमता का 89% बनाए रखते हैं।
स्रोत: First Solar
कैडमियम और टेल्यूराइड अन्य धातुओं के खनन के उपोत्पाद हैं। इसलिए First Solar के उत्पाद पहले कम उपयोग वाले संसाधनों का इस्तेमाल करते हैं और उनका प्रभाव न्यूनतम रहता है। पतली-फिल्म पैनलों की पुनर्चक्रण दर भी अधिक हो सकती है।
पतली-फिल्म अर्धचालक तकनीक पर कंपनी का ध्यान उसे पूरी तरह लंबवत एकीकृत बनाता है और सिलिकॉन-आधारित सौर पैनल उद्योग से मौलिक रूप से अलग करता है।
जहाँ पॉलीसिलिकॉन शुद्धिकरण जैसे अलग-अलग चरणों में कई कारखाने और विशेषज्ञ कंपनियाँ लगती हैं तथा एक सौर कोशिका बनाने में कई दिन लगते हैं, First Solar कच्चे माल से तैयार उत्पाद तक चार घंटे से कम समय में पहुँच सकती है।
स्रोत: First Solar
First Solar की तकनीकी बढ़त और भौगोलिक स्थिति उसे पश्चिमी देशों द्वारा चीन के बाहर से पैनल खरीदने की बढ़ती कोशिश का संभावित लाभार्थी बनाती है।
कंपनी अपनी उत्पादन क्षमता तेजी से बढ़ा रही है और वर्तमान 11 GW से 2026 तक 25 GW की नाममात्र क्षमता हासिल करने का लक्ष्य रखती है।
First Solar ने स्थापना के बाद से अनुसंधान एवं विकास में कुल 2 अरब डॉलर खर्च किए हैं। उसकी R&D टीम 25% दक्षता वाली पतली-फिल्म CdTe कोशिका और 2030 तक 28% दक्षता तक पहुँचने के रास्ते का अनुमान लगाती है।
यहाँ चर्चा किए गए शोध में भागीदारी को देखते हुए कंपनी की परोवस्काइट में भी स्पष्ट रुचि है—कम से कम तब, जब ये पैनल पर्याप्त टिकाऊ हो जाएँ।
लंबी अवधि में First Solar कैडमियम टेल्यूराइड पतली-फिल्म के अपने अनुभव को परोवस्काइट तकनीक के साथ जोड़कर और अधिक कुशल सौर पैनल बनाना चाहती है।
स्रोत: First Solar
कुल मिलाकर First Solar एक प्रौद्योगिकी अग्रणी है जिसे चीनी आयात पर शुल्क से लाभ हो सकता है। यह ट्रंप के पुनर्निर्वाचन से सौर उद्योग पर पड़ने वाले नकारात्मक प्रभाव की कुछ भरपाई कर सकता है।
अभी कंपनी मुख्यतः कैडमियम टेल्यूराइड वाली पतली-फिल्म सौर तकनीक पर केंद्रित है, लेकिन गैर-सिलिकॉन पैनल निर्माण की विशेषज्ञता उसे परोवस्काइट में महत्वपूर्ण शुरुआती बढ़त दे सकती है, विशेषकर इस क्षेत्र के शीर्ष शोधकर्ताओं के साथ उसके गहरे संबंधों को देखते हुए।
(First Solar के बारे में कंपनी को समर्पित निवेश रिपोर्ट में अधिक जानकारी पढ़ी जा सकती है।)
नवीनतम First Solar (FSLR) स्टॉक समाचार और विकास
उद्धृत अध्ययन
1. Sangita Dutta, Erik Fransson, Tobias Hainer, Benjamin M. Gallant, Dominik J. Kubicki, Paul Erhart, and Julia Wiktor. Revealing the Low-Temperature Phase of FAPbI3 Using a Machine-Learned Potential. Journal of the American Chemical Society. 14 अगस्त 2025. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c05265
