डिवाइस मिनिएचराइजेशन के लिए माइक्रोमेट्रिक फोटोवोल्टाइक सेल्स एक ‘प्रौद्योगिकी में क्रांतिकारी प्रगति’

एक ऐसे युग में जहाँ सतत ऊर्जा समाधान पहले से अधिक महत्वपूर्ण हैं, फोटोवोल्टाइक (सौर) प्रौद्योगिकी का विकास नवाचार के अग्रभाग में है। इसका एक हालिया उदाहरण ओटावा विश्वविद्यालय (U of O) से आया है, जहाँ वैज्ञानिकों की एक टीम ने सफलतापूर्वक “पहली बैक-कॉन्टैक्ट माइक्रोमेट्रिक फोटोवोल्टाइक सेल्स का निर्माण करके विश्व में प्रथम उपलब्धि हासिल की।” इसे इलेक्ट्रॉनिक्स के निरंतर मिनिएचराइजेशन को सुगम बनाने में एक “महत्वपूर्ण कदम” के रूप में वर्णित किया जा रहा है।

• Mathieu de Lafontaine, U of O में पोस्टडॉक्टोरल शोधकर्ता और अंशकालिक भौतिकी प्रोफेसर
• Karin Hinzer, उप-डीन, अनुसंधान, और इंजीनियरिंग संकाय में ऊर्जा के लिए फोटोनिक डिवाइस में विश्वविद्यालय अनुसंधान चेयर

जबकि U of O इस突破 में केंद्रीय भूमिका निभाई, टीम को क्वेबेक में Université de Sherbrooke और फ्रांस के ग्रेनोबल में Laboratoire des Technologies de la Microélectronique से भी समर्थन मिला।

फोटोवोल्टाइक सेल्स क्या हैं?

फोटोवोल्टाइक सेल्स, जिन्हें आमतौर पर सौर सेल्स कहा जाता है, ऐसे उपकरण हैं जो सूर्य के प्रकाश को सीधे बिजली में परिवर्तित करते हैं। वे फोटोवोल्टाइक प्रभाव के सिद्धांत पर कार्य करते हैं, जहाँ प्रकाश ऊर्जा (फोटॉनों) सेमीकंडक्टिंग सामग्री जैसे सिलिकॉन पर पड़ने से विद्युत धारा उत्पन्न होती है। यह प्रक्रिया तब होती है जब फोटॉन्स इलेक्ट्रॉनों को उनके परमाणु कक्षों से बाहर निकालते हैं, जिससे विद्युत आवेश का प्रवाह बनता है।

ये सेल्स सौर पैनलों की मूलभूत निर्माण इकाइयाँ हैं और सौर ऊर्जा, जो एक नवीकरणीय और स्वच्छ ऊर्जा स्रोत है, को harness करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। ओटावा विश्वविद्यालय द्वारा माइक्रोमेट्रिक फोटोवोल्टाइक सेल्स के विकास में हालिया प्रगति इस प्रौद्योगिकी में एक महत्वपूर्ण छलांग का प्रतिनिधित्व करती है, जो अधिक कुशल और कॉम्पैक्ट समाधान प्रदान करती है।

‘बैक-कॉन्टैक्ट माइक्रोमेट्रिक फोटोवोल्टाइक सेल्स’ क्या हैं?

जैसा कि उल्लेख किया गया है, बैक-कॉन्टैक्ट माइक्रोमेट्रिक फोटोवोल्टाइक सेल्स सौर प्रौद्योगिकी में एक क्रांतिकारी उन्नति का प्रतिनिधित्व करती हैं। पारंपरिक सौर सेल्स में जहाँ विद्युत संपर्क सामने और पीछे की सतहों पर स्थित होते हैं, बैक-कॉन्टैक्ट सेल्स में सभी विद्युत संपर्क पीछे की तरफ होते हैं।

यह अनूठा डिज़ाइन सेल की सतह पर इलेक्ट्रोड द्वारा उत्पन्न शैडोइंग प्रभाव को काफी हद तक कम करता है, जिससे सेल की सूर्यप्रकाश को पकड़ने की क्षमता बढ़ती है।

‘शैडोइंग’ प्रभाव क्या है?

सौर सेल्स में ‘शैडोइंग’ प्रभाव का अर्थ है सूर्यप्रकाश का अवरोध जो सेल की सतह पर विद्युत संपर्कों की उपस्थिति से होता है। पारंपरिक फोटोवोल्टाइक सेल्स में शीर्ष सतह पर धातु संपर्क (आमतौर पर चांदी या एल्यूमीनियम) होते हैं जो सेल द्वारा उत्पन्न विद्युत धारा को एकत्रित और परिवहन करते हैं।

हालांकि, ये संपर्क आने वाले सूर्यप्रकाश के एक हिस्से को रोक सकते हैं, जिससे वह फोटोवोल्टाइक सामग्री तक नहीं पहुँच पाता। यह अवरोध प्रकाश की मात्रा को कम करता है जो बिजली में परिवर्तित हो सके, जिससे सौर सेल की कुल दक्षता घटती है।

स्रोत: www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666386423005325

इस शैडोइंग प्रभाव को कम करना कई कारणों से महत्वपूर्ण है:

1. बढ़ी हुई दक्षता: संपर्कों द्वारा कवर किए गए क्षेत्र को न्यूनतम करके, सेल की सतह का अधिक हिस्सा सक्रिय रूप से प्रकाश अवशोषण और बिजली में परिवर्तन में भाग ले सकता है। यह सेल की कुल दक्षता को बढ़ाता है, जिससे समान मात्रा में सूर्यप्रकाश से अधिक शक्ति उत्पन्न हो सकती है।
2. लागत-प्रभावशीलता: उच्च दक्षता का अर्थ है कि समान मात्रा में ऊर्जा कम सेल्स से उत्पन्न की जा सकती है। परिणामस्वरूप, सौर ऊर्जा प्रणालियों की कुल लागत घटाई जा सकती है, जिससे सौर ऊर्जा अन्य ऊर्जा रूपों के साथ अधिक प्रतिस्पर्धी बनती है, और यह अधिक उपयोगकर्ताओं के लिए सुलभ हो जाती है।
3. बहुमुखी प्रतिभा और डिज़ाइन लचीलापन: शैडोइंग को कम करने से अधिक नवाचारी और लचीले सौर सेल डिज़ाइन संभव होते हैं। यह ऐसे सेल्स के विकास की ओर ले जा सकता है जो न केवल अधिक कुशल बल्कि पतले और हल्के भी हों, जो अंतरिक्ष और वजन संबंधी विचारों वाले अनुप्रयोगों, जैसे एयरोस्पेस, पोर्टेबल डिवाइस, और इंटीग्रेटेड बिल्डिंग सॉल्यूशन्स, के लिए विशेष रूप से लाभदायक हैं।

शैडोइंग प्रभाव को कम करना सौर प्रौद्योगिकी को आगे बढ़ाने की कुंजी है – जिसे अब इन बैक-कॉन्टैक्ट माइक्रोमेट्रिक फोटोवोल्टाइक सेल्स के माध्यम से संबोधित किया जा रहा है। परिणामस्वरूप, हम शीघ्र ही अधिक कुशल, लागत-प्रभावी और बहुमुखी सौर सेल्स की अपेक्षा कर सकते हैं, जो अंततः सौर ऊर्जा को एक सतत शक्ति स्रोत के रूप में व्यापक अपनाने में योगदान देंगे।

मिनिएचराइजेशन क्यों महत्वपूर्ण है?

परम्परागत फोटोवोल्टाइक सेल्स में शैडोइंग प्रभाव को कम करने के अलावा, बैक-कॉन्टैक्ट मिनिएचराइजेशन को बहुत बेहतर बनाता है। यह इलेक्ट्रॉनिक्स और नवीकरणीय ऊर्जा प्रौद्योगिकियों के क्षेत्र में महत्वपूर्ण है क्योंकि यह स्थान और संसाधनों के अधिक कुशल उपयोग को संभव बनाता है, साथ ही प्रदर्शन को बढ़ाता है।

इन सेल्स का मिनिएचराइजेशन या ‘माइक्रोमेट्रिक’ पहलू उन्हें मानव बाल की मोटाई से लगभग दो गुना पतला बनाता है। परिणामस्वरूप, ओटावा विश्वविद्यालय द्वारा विकसित ये छोटे, अधिक कुशल फोटोवोल्टाइक सेल्स उत्पादन लागत को भी उल्लेखनीय रूप से घटा सकते हैं (कहा जाता है कि यह तीन गुना तक घट सकता है)।

“यह प्रौद्योगिकीय突破 समाज के लिए महत्वपूर्ण लाभ का वादा करता है। कम महंगे, अधिक शक्तिशाली सौर सेल्स ऊर्जा परिवर्तन को तेज करने में मदद करेंगे।

हल्के नाभिकीय बैटरियां अंतरिक्ष अन्वेषण को सुगम बनाएंगी, और डिवाइसों का मिनिएचराइजेशन इंटरनेट ऑफ थिंग्स की वृद्धि में योगदान देगा और अधिक शक्तिशाली कंप्यूटर और स्मार्टफ़ोन का कारण बनेगा” – Mathieu de Lafontaine

रोचक बात यह है कि यह मिनिएचराइजेशन केवल डिवाइसों को छोटा बनाने के बारे में नहीं है; यह उन्हें अधिक स्मार्ट और विभिन्न पर्यावरणों के अनुकूल बनाने के बारे में है। एक बढ़ते जुड़े हुए विश्व में, जहाँ इंटरनेट ऑफ थिंग्स (IoT) और स्मार्ट प्रौद्योगिकियां सर्वव्यापी हो रही हैं, मिनिएचराइज्ड फोटोवोल्टाइक सेल्स विभिन्न डिवाइसों को पारम्परिक ऊर्जा स्रोतों की सीमाओं के बिना शक्ति प्रदान कर सकते हैं।

इस प्रकार, यह प्रगति ऊर्जा उत्पादन और उपभोग के लिए एक अधिक हरा, अधिक सतत दृष्टिकोण को सुगम बना सकती है, जो सीधे कार्बन-न्यूट्रल अर्थव्यवस्था की ओर बदलाव में योगदान देती है।

वे कहाँ उपयोग होते हैं?

फोटोवोल्टाइक सेल्स के उपयोग का एक विस्तृत क्षेत्र है जो बैक-कॉन्टैक्ट निर्माण जैसी प्रगतियों के साथ लगातार बढ़ रहा है। यह बहुमुखी प्रतिभा और आकर्षण मुख्यतः उनकी स्वच्छ, नवीकरणीय तरीके से बिजली उत्पन्न करने की क्षमता के कारण है।

परम्परागत शक्ति उत्पादन के अलावा, वे दूरस्थ और पोर्टेबल पावर सिस्टम में अभिन्न हैं, जैसे अंतरिक्ष अन्वेषण में उपयोग होने वाले, जहाँ वे उपग्रहों और अंतरिक्ष यानों को शक्ति प्रदान करते हैं।

इन सेल्स के मिनिएचराइजेशन के साथ, उनके उपयोग अधिक घने इलेक्ट्रॉनिक डिवाइसों तक विस्तारित होते हैं, जो टेलीकॉम्युनिकेशन्स और इंटरनेट ऑफ थिंग्स (IoT) जैसे उद्योगों को संभावित रूप से बदल सकते हैं। जैसा कि पहले उल्लेख किया गया, मिनिएचराइजेशन अधिक कुशल, कॉम्पैक्ट और बहुमुखी सौर-शक्तिप्राप्त समाधान प्रदान कर सकता है, जिससे फोटोवोल्टाइक प्रौद्योगिकी के अनुप्रयोग का दायरा विस्तृत होता है।

उद्योग के खिलाड़ी

वर्तमान में, सतत ऊर्जा क्षेत्र में कुछ उल्लेखनीय कंपनियां हैं जो सौर अनुप्रयोगों पर ध्यान केंद्रित करती हैं। नीचे इन कंपनियों में से कुछ और कई उल्लेखनीय अतिरिक्त सूचीबद्ध हैं।

1.  NextEra Energy Resources

NEE मूल्य चार्ट

NextEra Energy (NEE ) Resources, NextEra Energy की एक सहायक कंपनी, सौर ऊर्जा क्षेत्र में महत्वपूर्ण प्रगति कर रही है। 2023 की पहली तिमाही में, कंपनी ने अपने बैकलॉग में लगभग 2,020 मेगावॉट नवीकरणीय और स्टोरेज संपत्तियां जोड़ीं, जिसमें लगभग 1.3 गीगावॉट सौर, साथ ही स्टोरेज और पवन संपत्तियां शामिल थीं। इस जोड़ से उनका प्रोजेक्ट बैकलॉग 20.4 गीगावॉट से अधिक हो गया, जो उनके नवीकरणीय ऊर्जा पोर्टफोलियो को विस्तारित करने की मजबूत प्रतिबद्धता को दर्शाता है।

एक उल्लेखनीय परियोजना है केंटकी के हेंडरसन काउंटी में स्थित सेब्री सोलर 400-MW सौर परियोजना, जिसे सेब्री सोलर, NextEra Energy Resources की सहायक कंपनी, विकसित कर रही है।

इसके अतिरिक्त, NextEra Energy Resources अपने एक अन्य सहायक कंपनी ग्रीन रिवर सोलर के माध्यम से एक और 200-MW सौर परियोजना में भी शामिल है। ये पहलें नवीकरणीय ऊर्जा बाजार में प्रमुख खिलाड़ी के रूप में सौर ऊर्जा को आगे बढ़ाने की NextEra Energy Resources की प्रतिबद्धता को दर्शाती हैं।

2.  First Solar

FSLR मूल्य चार्ट

First Solar (FSLR ), एक प्रमुख अमेरिकी कंपनी जो कैड्मियम टेल्यूराइड थिन-फ़िल्म सौर मॉड्यूल में विशेषज्ञता रखती है, ने 2023 तक सौर पहलों में उल्लेखनीय प्रगति दिखाई है। $801 मिलियन राजस्व और एक ही तिमाही में 2.7 GW सौर मॉड्यूल ऑर्डर शिप करने के साथ, कंपनी मजबूत विकास और सौर प्रौद्योगिकी पर जोर दिखा रही है। बढ़ती मांग को पूरा करने के लिए, First Solar संयुक्त राज्य और अंतरराष्ट्रीय स्तर पर अपने उत्पादन क्षमता का विस्तार कर रही है, जिसका लक्ष्य 2026 तक वैश्विक क्षमता 25 GW तक पहुंचाना है।

विशेष रूप से, First Solar ने बिफेशियल थिन-फ़िल्म मॉड्यूल के उत्पादन में अग्रणी भूमिका निभाई है, जो उद्योग में पहली बार है। यह नवाचारी प्रौद्योगिकी बिफेशियल ऊर्जा प्राप्ति और उच्च ऊर्जा उत्पादन की अनुमति देती है, जिससे सौर मॉड्यूल दक्षता में एक महत्वपूर्ण उन्नति होती है।

3.  SolarEdge Technologies

SEDG मूल्य चार्ट

SolarEdge Technologies (SEDG ) को स्मार्ट ऊर्जा प्रौद्योगिकी में एक नेता के रूप में व्यापक रूप से माना जाता है। इस कंपनी ने 2023 में सौर ऊर्जा क्षेत्र में महत्वपूर्ण प्रगति की, रिकॉर्ड राजस्व $943.9 मिलियन हासिल किया, जिसमें से $908.5 मिलियन विशेष रूप से उसके सौर खंड से आया। यह उपलब्धि SolarEdge की सौर उद्योग में मजबूत उपस्थिति को दर्शाती है। 2023 की पहली तिमाही में ही, SolarEdge ने 3.6 गीगावॉट (एसी) इन्वर्टर और 221 MWh बैटरियां शिप कीं, जो सौर ऊर्जा बाजार में उसके महत्वपूर्ण योगदान को रेखांकित करती हैं।

उल्लेखनीय उल्लेख

अंतिम विचार

फोटोवोल्टाइक सेल प्रौद्योगिकी में प्रगति, विशेष रूप से बैक-कॉन्टैक्ट माइक्रोमेट्रिक सेल्स के विकास के माध्यम से, सौर ऊर्जा में एक संभावित क्वांटम छलांग का प्रतिनिधित्व करती है। यह नवाचार न केवल सौर शक्ति की दक्षता को बढ़ाता है और लागत को घटाता है, बल्कि विभिन्न क्षेत्रों में इसके अनुप्रयोग के लिए नए क्षितिज भी खोलता है। शैडोइंग प्रभाव की कमी और मिनिएचराइजेशन पर ध्यान सौर ऊर्जा को नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों के अग्रभाग में ले जाने में महत्वपूर्ण है।

जैसे ही हम इन प्रौद्योगिकीय प्रगति को अपनाते हैं, हम एक ऐसे भविष्य के करीब पहुँचते हैं जहाँ व्यापक सतत और स्वच्छ ऊर्जा केवल एक संभावना नहीं बल्कि वास्तविकता बन जाती है।