ऊर्जा
फ़ोटॉन अपकन्वर्ज़न सौर हाइड्रोजन की संभावनाओं को विस्तारित कर सकता है
जब बात सूर्य के प्रकाश को उपयोगी ऊर्जा में बदलने की आती है, तो बहुत प्रयास फोटोवोल्टाइक पर केंद्रित रहा है, क्योंकि यह वह विधि है जो सूर्य की बड़ी मात्रा में ऊर्जा को बिजली में बदल सकती है।
हालाँकि, इसका मतलब यह नहीं है कि यह सभी अनुप्रयोगों के लिए सबसे कुशल विकल्प है। उदाहरण के लिए, यदि लक्ष्य हरा हाइड्रोजन उत्पादन करना है, तो यह एक बहु-चरणीय प्रक्रिया बनाता है जहाँ प्रत्येक चरण में दक्षता खो जाती है: सूर्यप्रकाश → शक्ति → ट्रांसमिशन → इलेक्ट्रोलिसिस → हाइड्रोजन।
इसी कारण विभिन्न दृष्टिकोणों की जांच की गई है, विशेष रूप से सूर्यप्रकाश का सीधे उपयोग करके पानी को हाइड्रोजन में बदलने की प्रक्रिया, जिसे फोटोकेटालिसिस कहा जाता है।
समस्या यह है कि सही उत्प्रेरकों के साथ भी, अधिकांश सूर्यप्रकाश दृश्यमान और इन्फ्रारेड रेंज में होता है, जो पानी के अणुओं को हाइड्रोजन में विभाजित करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा नहीं प्रदान करता। इसलिए सिलिकॉन कार्बाइड द्वारा फोटोकेटालिसिस दक्षता बढ़ाने के बावजूद भी यह आदर्श नहीं है। मुख्यतः केवल अल्ट्रावायलेट (UV) भाग ही पर्याप्त रूप से मजबूत होता है।
इसी कारण क्यूशू विश्वविद्यालय और संस्थान फॉर मोलेक्यूलर साइंस, सोकेन्डाई के जापानी शोधकर्ताओं की खोज कि एक नई ठोस-स्थिति विधि का उपयोग करके फोटॉन ऊर्जा स्तर को बढ़ाया जा सकता है, भविष्य में हरे हाइड्रोजन उत्पादन के लिए एक गेम‑चेंजर हो सकता है। उन्होंने अपने परिणाम प्रतिष्ठित जर्नल नेचर कम्युनिकेशन्स1 में प्रकाशित किए, शीर्षक “Sterically protected π-electron systems for efficient solid-state photon upconversion” के तहत।
दृश्यमान से अल्ट्रावायलेट प्रकाश तक
पानी को हाइड्रोजन में फोटोकेटालिसिस करना हरे ऊर्जा उत्पादन को मौलिक रूप से बढ़ा सकता है। यह इसलिए है क्योंकि हरा हाइड्रोजन उन हफ्तों और महीनों में कम सूर्यप्रकाश या बिना हवा के दौरान ऊर्जा संग्रहीत करने के लिए एक प्रमुख अनुपलब्ध तत्व है, और यह शिपिंग और हवाई उड़ानों जैसे क्षेत्रों को डिकार्बनाइज़ करने के लिए आदर्श ईंधन है, चाहे सीधे या अमोनिया और कृत्रिम ईंधन के उत्पादन के माध्यम से। लेकिन दुर्भाग्यवश, केवल UV ही फोटोकेटालिसिस करने के लिए पर्याप्त मजबूत है।
“हालांकि अल्ट्रावायलेट (UV) प्रकाश का उपयोग करने वाले अकार्बनिक फोटोकेटालिस्टों ने उच्च दक्षता वाली फोटोकेटालिटिक जल विभाजन हासिल की है, वे सूर्यप्रकाश में कम UV अनुपात (लगभग 300–400 nm रेंज के लिए 3%) से पीड़ित होते हैं।”
लेकिन विकल्प बेहतर उत्प्रेरक नहीं, बल्कि अधिक प्रचुर मात्रा में उपलब्ध दृश्यमान प्रकाश को UV में बदलना हो सकता है, या “फोटॉन अपकन्वर्ज़न”。
शोधकर्ताओं ने ट्रिपलेट–ट्रिपलेट एनीहिलेशन-आधारित फोटॉन अपकन्वर्ज़न (TTA-UC) नामक प्रक्रिया पर ध्यान केंद्रित किया। सबसे सरल व्याख्या में, यह दो कम-ऊर्जा वाले फोटॉनों को एकल, उच्च-ऊर्जा वाले फोटॉन में मिलाता है, जहाँ उन्हें एक स्वीकर्ता अणु द्वारा अवशोषित किया जाता है और फिर पुनः उत्सर्जित किया जाता है।
स्रोत: Nature
फोटॉन अपकन्वर्ज़न स्थिरता का अनुकूलन
तरल से क्रिस्टल तक
अब तक, TIPS-Nph (1,4-bis((triisopropylsilyl)ethynyl)naphthalene) और PPO (2,5-diphenyloxazole) जैसे अणुओं का उपयोग करके अपकन्वर्ज़न विधियों में अच्छा क्वांटम यील्ड (ΦUC) मिला है, लेकिन सॉल्वेंट की अस्थिरता डिवाइस अनुप्रयोगों और दीर्घकालिक उपयोग के लिए एक महत्वपूर्ण सीमा बनाती है।
एक व्यावहारिक समाधान यह है कि स्थिर सामग्री की आवश्यकता है जिन्हें बड़े पैमाने पर लागू किया जा सके, न्यूनतम या बिना रखरखाव के, ताकि फोटोकेटालिटिक कनवर्टरों के पूरे क्षेत्रों को हरे हाइड्रोजन के बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए तैनात किया जा सके।
क्रिस्टल और ठोस स्वीकर्ताओं में, सिंगलेट क्वेंचिंग नामक एक घटना क्वांटम यील्ड को कम कर सकती है।
शोधकर्ताओं ने स्वीकर्ता के रूप में उपयोग किए जाने वाले कार्बनिक अणुओं में अल्काइल-चेन प्रतिस्थापन (लंबी कार्बन चेन जोड़ना) का उपयोग करके स्थिरता बढ़ाई है और सिंगलेट क्वेंचिंग की घटनाओं को कम किया है।
स्रोत: Nature
क्रिस्टल प्रदर्शन का मापन
शोधकर्ताओं ने DHI (5,10-dihydroindeno[2,1-a]indene) नामक अणु का उपयोग किया, जिसका तरल रूप (घोल) में लगभग पूर्ण 96% क्वांटम यील्ड था। लेकिन यह क्रिस्टल रूप में यील्ड में बहुत खराब गिरावट दिखाता है।
अणु में अतिरिक्त कार्बन चेन जोड़ने पर, DHI का क्रिस्टल रूप 64%-69% तक उच्च क्वांटम यील्ड प्राप्त कर सकता है। ये उच्च परिणाम दर्शाते हैं कि डोनर अणु स्वीकर्ता क्रिस्टल में समान रूप से वितरित होते हैं, जिससे कुशल ट्रिपलेट संवेदनशीलता संभव होती है।
स्रोत: Nature
इस सामग्री को सरल फिल्म-निर्माण तकनीकों, जैसे कमरे के तापमान पर कास्टिंग और स्पिन कोटिंग, के साथ भी तैयार किया जा सकता है, बिना किसी विशेष हीटिंग उपचार की आवश्यकता के, जिससे यह भविष्य में किसी भी औद्योगिक बड़े पैमाने के अनुप्रयोग के लिए अधिक प्रासंगिक बनती है।
यह प्रक्रिया ऑक्सीजन-टॉलरेंट भी है और यहाँ तक कि इसे ऑक्सीजन की आवश्यकता भी होती है, जिसका अर्थ है कि इसे सीलबंद, ऑक्सीजन-रहित वातावरण में होने की आवश्यकता नहीं है, जो व्यावसायिक अनुप्रयोगों के लिए एक और महत्वपूर्ण तत्व है।
“जब प्रणाली में ऑक्सीजन को सिंगलेट ऑक्सीजन में परिवर्तित करके उपभोग किया जाता है, तो TTA-UC सक्रिय हो जाता है। iBu-DHI/Ir(ppy)3 फिल्म ने हवा में भी तीव्र विकिरण (λdt = 370 nm, Iex = 2.0 W cm–2) के तहत 1 घंटे से अधिक समय तक अपकन्वर्ज़न दिखाया।”
स्रोत: Nature
क्रिस्टलों का प्रदर्शन सामान्यतः एटॉमिक स्तर पर सूक्ष्म संरचना पर निर्भर करता है। इसलिए शोधकर्ताओं ने पहले सैद्धांतिक गणनाएँ कीं ताकि इन क्रिस्टलों की संभावित संरचना निर्धारित की जा सके।
इसके बाद उन्होंने X‑ray क्रिस्टलोग्राफी से क्रिस्टल का परीक्षण किया और पाया कि एकल क्रिस्टलों के X‑ray डिफ्रैक्शन पैटर्न और स्पिन‑कोटेड फ़िल्मों के पैटर्न समान थे, जिससे यह स्पष्ट हुआ कि यह विधि क्यों काम करती है।
स्रोत: Nature
यह यह नहीं कह रहा है कि क्रिस्टलों को आगे अनुकूलित नहीं किया जा सकता, क्योंकि अधिक सटीक विधि से व्यक्तिगत क्रिस्टलों के निर्माण और पतली परत में उनके संगठन को नियंत्रित करके सैद्धांतिक रूप से और भी उच्च यील्ड संभव है।
“वर्तमान ठोस‑स्थिति Vis‑to‑UV TTA‑UC प्रणाली का प्रदर्शन डोनर अणु संरचना को अनुकूलित करके और नियंत्रित क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया अपनाकर और भी सुधारा जा सकता है।”
भविष्य के अनुप्रयोग
वर्तमान में, हाइड्रोजन उत्पादन “ग्रे हाइड्रोजन” द्वारा प्रमुखता से किया जाता है, जो जीवाश्म ईंधन से बनता है, और एक छोटा लेकिन बढ़ता हुआ हिस्सा नवीकरणीय ऊर्जा से, अर्थात “हरा हाइड्रोजन”, से बनता है, जो अभी भी अन्य ईंधनों के साथ आर्थिक प्रतिस्पर्धा में संघर्ष करता है।
आखिरकार, सूर्यप्रकाश को सीधे लेकर हाइड्रोजन उत्पन्न करने से, बड़े पैमाने पर पावर ट्रांसमिशन, बैटरियों, केबलों और इलेक्ट्रो‑कैटलिस्टों की आवश्यकता नहीं होगी, जिससे ऐसी स्थापना की कुल कीमत में काफी कमी आएगी। कोई मध्यवर्ती चरण न होने से हरे हाइड्रोजन उत्पादन की समग्र ऊर्जा दक्षता भी सुधरेगी, जो इलेक्ट्रोकैटलिसिस विधियों में एक गंभीर समस्या है।
“इस अध्ययन में विकसित π‑सुरक्षित DHI क्रोमोफोर का डिज़ाइन सिद्धांत विभिन्न क्रोमोफोर तक व्यापक रूप से विस्तारित किया जाएगा। यह सरल स्पिन‑कोटिंग और ड्रॉप‑कास्टिंग विधियों से तैयार पतली फ़िल्मों में उत्कृष्ट TTA‑UC गुण प्रदान करता है, जिससे व्यापक अनुप्रयोगों का मार्ग प्रशस्त होता है और उत्तेजित ट्रिपलेट्स शामिल फोटोफ़ंक्शनल रसायन विज्ञान में क्रांति लाने का वादा करता है।”
ऐसे नवीन ठोस‑स्थिति सामग्री, जिनकी स्थिरता अच्छी है, कम तीव्रता, प्रचुर फोटॉनों को हाइड्रोजन‑उत्पादक, उच्च‑तीव्रता UV फोटॉनों में बदलकर व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य अगली पीढ़ी के फोटोनिक सामग्री बना सकते हैं।
उन्नत सौर ऊर्जा में निवेश
फ़र्स्ट सोलर
(FSLR )
वर्तमान में, विश्व के अधिकांश फोटोवोल्टाइक पैनल चीन में निर्मित होते हैं, क्योंकि देश में पॉलीसिलिकॉन उत्पादन और सौर सेल निर्माण का व्यापक इकोसिस्टम है।
हालाँकि, सिलिकॉन‑आधारित सौर सेल के अलावा अन्य तकनीकें भी मौजूद हैं, और पश्चिम में सौर उद्योग के जीवित रहने वालों में से एक, फ़र्स्ट सोलर, इस क्षेत्र में अग्रणी है, जो कैडमियम टेल्यूराइड सौर सेल का उपयोग करता है। ये दोनों उत्पादन में आसान हैं (थिन‑फ़िल्म तकनीक) और सिलिकॉन‑आधारित सेल की तुलना में अधिक दक्षता रखते हैं, हालांकि इनके कच्चे माल की लागत अधिक है।
इस प्रकार के सेल अधिक टिकाऊ भी होते हैं, जो गृहस्वामी और उपयोगिता कंपनियों दोनों के लिए सौर सेल की आयु‑व्यय और मूल्यह्रास की गणना में समीकरण को बदल सकता है। यह विशेष रूप से सत्य है क्योंकि पिछले कुछ वर्षों में सौर सेल की उपज में तेज़ प्रगति और लागत में गिरावट धीमी हो गई है।
स्रोत: First Solar
क्योंकि कैडमियम टेल्यूराइड सेल उत्पादन अधिकांशतः स्वचालित निर्माण प्रक्रिया है, यह श्रम लागत में अंतर के प्रति अपेक्षाकृत कम संवेदनशील है। इससे इसका उत्पादन पश्चिमी देशों में अधिक प्रतिस्पर्धी बन सकता है, विशेषकर जब इसे स्थानीय रूप से बेचा जाता है, और यह शिपिंग लागत को समीकरण से हटा देता है।
कई कारखानों के बजाय, जहाँ प्रत्येक इकाई पॉलीसिलिकॉन शुद्धिकरण जैसे एक खंड में विशेषज्ञ होती है, और सौर सेल बनाने में कई दिन लगते हैं, फ़र्स्ट सोलर कच्चे माल से तैयार उत्पाद तक 4 घंटे से कम समय में पहुँच सकता है।
स्रोत: Department Of Energy
दीर्घकाल में, फ़र्स्ट सोलर अपेक्षा करता है कि वह पुराने सेल से कैडमियम टेल्यूराइड को पूरी तरह रीसायकल कर सके, और कुल सौर सेल का 90%। शेष 5‑10% रीसायकल किए गए मॉड्यूल स्क्रैप मुख्यतः कांच के सूक्ष्म कणों से बना होता है, जिन्हें धूल नियंत्रण प्रणाली और हाई‑इफ़िशिएंसी पार्टिकुलेट एयर (HEPA) फ़िल्ट्रेशन सिस्टम द्वारा पकड़ा जाता है।
यह सामग्री लागत को कम कर सकता है, संसाधन निष्कर्षण की पर्यावरणीय लागत को हटाता है, और किसी भी प्रदूषण जोखिम को समाप्त करता है।
“हर मॉड्यूल की बिक्री के साथ, हम वह सेवा भी बेचते हैं कि हम जीवन समाप्ति पर मॉड्यूल को उठाकर रीसायकल करते हैं। यह मूलतः यूरोप में नियम आने से 8 साल पहले था। अब हमारे पास इलेक्ट्रॉनिक कचरा निर्देश है जहाँ पीवी इसका हिस्सा है।” Andreas Wade – Global Sustainability Director at First Solar Future Techs
कैडमियम टेल्यूराइड के अलावा, फ़र्स्ट सोलर और भी अधिक उन्नत सौर सेल तकनीक, जैसे पेरोव्स्काइट और कैडमियम टेल्यूराइड‑पेरोव्स्काइट हाइब्रिड सेल, का अन्वेषण कर रहा है, जो अधिक दक्षता और अधिक टिकाऊपन प्रदान कर सकते हैं।
दीर्घकाल में, थिन‑फ़िल्म फोटोवोल्टाइक पैनलों के उत्पादन में फ़र्स्ट सोलर का अनुभव हाइड्रोजन उत्पादन के लिए फोटोकेटालिस्ट सेल में भी लागू किया जा सकता है।
समग्र रूप से, फ़र्स्ट सोलर उन निवेशकों के लिए एक उत्कृष्ट स्टॉक है जो सौर ऊर्जा बूम में निवेश करना चाहते हैं, जिसमें पश्चिमी उत्पादकों पर ध्यान केंद्रित किया गया है, न कि अधिक भू‑राजनीतिक रूप से संवेदनशील चीनी उत्पादकों पर।
(आप फ़र्स्ट सोलर के बारे में अधिक पढ़ सकते हैं हमारी कंपनी को समर्पित निवेश रिपोर्ट में और हमारी रिपोर्ट “सौर युग – मानवता के लिए उज्ज्वल भविष्य”)
फ़र्स्ट सोलर (FSLR) स्टॉक समाचार और विकास
उद्धृत अध्ययन
1. Harada, N., Shoyama, H., Boonmong, N. et al. दक्षता पूर्ण ठोस‑स्थिति फोटॉन अपकन्वर्ज़न के लिए स्टेरिकली संरक्षित π‑इलेक्ट्रॉन सिस्टम. Nature Communications. 17, 5134 (2026). https://cleantechnica.com/2018/12/04/first-solar-breaks-down-its-plans-for-solar-module-recycling-spi2018/
