সূত্র: www.energy.gov
যখন একটি ফটোভোলটাইক (PV) কোষে আলো জ্বলে - যাকে সৌর কোষও বলা হয় - সেই আলো প্রতিফলিত হতে পারে, শোষিত হতে পারে, অথবা কোষের মধ্য দিয়ে যেতে পারে। পিভি কোষ অর্ধপরিবাহী উপাদান দিয়ে গঠিত; "সেমি" এর মানে হল যে এটি একটি ইনসুলেটরের চেয়ে ভাল বিদ্যুৎ পরিচালনা করতে পারে কিন্তু ধাতুর মতো ভাল কন্ডাক্টর নয়। পিভি কোষে ব্যবহৃত বিভিন্ন অর্ধপরিবাহী উপকরণ রয়েছে।
যখন অর্ধপরিবাহী টোলাইট উন্মুক্ত হয়, এটি আলোর শক্তি শোষণ করে এবং ইলেকট্রন নামক পদার্থের নেতিবাচক চার্জযুক্ত কণায় স্থানান্তর করে। এই অতিরিক্ত শক্তি ইলেকট্রনগুলিকে বৈদ্যুতিক স্রোত হিসাবে উপাদান দিয়ে প্রবাহিত করতে দেয়। এই স্রোতটি পরিবাহী ধাতব যোগাযোগের মাধ্যমে বের করা হয়-একটি সৌর কোষে গ্রিডের মত লাইন-এবং তারপর আপনার বাড়ি এবং বাকি বৈদ্যুতিক গ্রিডে বিদ্যুৎ ব্যবহার করা যেতে পারে।
একটি পিভি কোষের কার্যকারিতা হল কোষ থেকে বের হওয়া বৈদ্যুতিক শক্তির পরিমাণ যা তার উপর জ্বলজ্বলে আলো থেকে শক্তির সাথে তুলনা করে, যা কোষটি এক রূপ থেকে অন্য রূপে রূপান্তরিত করার ক্ষেত্রে কতটা কার্যকর তা নির্দেশ করে। পিভি কোষ থেকে উৎপাদিত বিদ্যুতের পরিমাণ নির্ভর করে আলোর উপলব্ধ বৈশিষ্ট্যের (যেমন তীব্রতা এবং তরঙ্গদৈর্ঘ্য) এবং কোষের একাধিক কর্মক্ষমতা বৈশিষ্ট্যের উপর।
পিভি সেমিকন্ডাক্টরগুলির একটি গুরুত্বপূর্ণ সম্পত্তি হল ব্যান্ডগ্যাপ, যা নির্দেশ করে যে আলোর তরঙ্গদৈর্ঘ্য উপাদানগুলি শোষণ করতে পারে এবং বৈদ্যুতিক শক্তিতে রূপান্তর করতে পারে। যদি সেমিকন্ডাক্টরের ব্যান্ডগ্যাপ পিভি কোষে জ্বলজ্বলকারী আলোর তরঙ্গদৈর্ঘ্যের সাথে মেলে, তাহলে সেই কোষটি সমস্ত উপলব্ধ শক্তির দক্ষতার সাথে ব্যবহার করতে পারে।
পিভি কোষগুলির জন্য সর্বাধিক ব্যবহৃত অর্ধপরিবাহী উপকরণ সম্পর্কে নীচে আরও জানুন।
সিলিকন
সিলিকনিস, এখন পর্যন্ত, সৌর কোষে ব্যবহৃত সবচেয়ে সাধারণ অর্ধপরিবাহী উপাদান, যা আজ বিক্রিত মডিউলগুলির প্রায় 95% প্রতিনিধিত্ব করে। এটি পৃথিবীর দ্বিতীয় সর্বাধিক প্রচুর উপাদান (অক্সিজেনের পরে) এবং কম্পিউটার চিপে ব্যবহৃত সর্বাধিক সাধারণ সেমিকন্ডাক্টর। স্ফটিক সিলিকন কোষগুলি সিলিকন পরমাণু দিয়ে তৈরি যা একে অপরের সাথে সংযুক্ত একটি স্ফটিক জাল তৈরি করে। এই জাল একটি সংগঠিত কাঠামো প্রদান করে যা আলোকে বিদ্যুতের রূপান্তরকে আরও দক্ষ করে তোলে।
সিলিকন থেকে তৈরি সৌর কোষ বর্তমানে উচ্চ দক্ষতা, কম খরচে এবং দীর্ঘ জীবনকালের সংমিশ্রণ প্রদান করে। মডিউলগুলি 25 বছর বা তারও বেশি সময় ধরে চলবে বলে আশা করা হচ্ছে, এখনও এই সময়ের পরে তাদের মূল শক্তির 80% এরও বেশি উত্পাদন করে।
থিন-ফিল্ম ফটোভোলটাইকস
কাঁচ, প্লাস্টিক বা ধাতুর মতো সহায়ক উপাদানে পিভি উপাদানের এক বা একাধিক পাতলা স্তর জমা করে একটি পাতলা-ফিল্ম সৌর কোষ তৈরি করা হয়। আজ বাজারে দুটি প্রধান ধরনের পাতলা-ফিল্ম PV সেমিকন্ডাক্টর রয়েছে: ক্যাডমিয়াম টেলুরাইড (CdTe) এবং কপার ইন্ডিয়াম গ্যালিয়াম ডিসেলিনাইড (CIGS)। উভয় উপকরণ সরাসরি মডিউল পৃষ্ঠের সামনে বা পিছনে জমা করা যেতে পারে।
CdTe সিলিকনের পরে দ্বিতীয়-সবচেয়ে সাধারণ PV উপাদান, এবং CdTe কোষগুলি কম খরচে উত্পাদন প্রক্রিয়া ব্যবহার করে তৈরি করা যেতে পারে। যদিও এটি তাদের একটি সাশ্রয়ী বিকল্প করে তোলে, তাদের দক্ষতা এখনও সিলিকনের মতো উচ্চ নয়' সিআইজিএস কোষগুলির একটি পিভি উপাদান এবং ল্যাবের উচ্চ দক্ষতার জন্য অনুকূল বৈশিষ্ট্য রয়েছে, তবে চারটি উপাদানের সংমিশ্রণে জড়িত জটিলতা ল্যাব থেকে উত্পাদনকে আরও চ্যালেঞ্জিং করে তোলে। সিডিটি এবং সিআইজিএস উভয়েরই বাইরে দীর্ঘস্থায়ী অপারেশন সক্ষম করতে সিলিকনের চেয়ে বেশি সুরক্ষা প্রয়োজন।
পেরোভস্কাইট ফটোভোলটাইকস
পেরোভস্কাইটোলার কোষ হল এক ধরনের পাতলা-ফিল্ম কোষ এবং তাদের বৈশিষ্ট্যগত স্ফটিক কাঠামোর নামে নামকরণ করা হয়েছে। পেরোভস্কাইট কোষগুলি উপকরণগুলির স্তর দিয়ে তৈরি করা হয় যা মুদ্রিত, প্রলিপ্ত বা ভ্যাকুয়াম-জমা একটি অন্তর্নিহিত সাপোর্ট লেয়ারে জমা হয়, যা নামে পরিচিতস্তর.এগুলি সাধারণত একত্রিত করা সহজ এবং স্ফটিক সিলিকনের মতো দক্ষতায় পৌঁছাতে পারে। গবেষণাগারে, পেরোভস্কাইট সৌর কোষের কার্যকারিতা অন্য যে কোনো পিভি উপাদানের তুলনায় দ্রুত উন্নত হয়েছে, ২০০ 2009 সালে%% থেকে ২০২০ সালে ২৫%। বাণিজ্যিকভাবে টেকসই হতে হলে, পেরোভস্কাইট পিভি কোষগুলিকে ২০ বছর বাইরে বেঁচে থাকার জন্য যথেষ্ট স্থিতিশীল হতে হবে, তাই গবেষকরা সেগুলোকে আরো টেকসই করে তোলার জন্য এবং বড় আকারের, কম খরচে উৎপাদন কৌশল তৈরিতে কাজ করছে।
জৈব ফোটোভোলটাইকস
জৈব পিভি, বা ওপিভি, কোষগুলি কার্বন সমৃদ্ধ (জৈব) যৌগের সমন্বয়ে গঠিত এবং পিভি কোষের একটি নির্দিষ্ট ফাংশন যেমন ব্যান্ডগ্যাপ, স্বচ্ছতা বা রঙ উন্নত করার জন্য তৈরি করা যেতে পারে। ওপিভি কোষগুলি বর্তমানে স্ফটিক সিলিকন কোষের মতো মাত্র অর্ধেক দক্ষ এবং তাদের কর্মক্ষম জীবনকাল কম, কিন্তু উচ্চ ভলিউমে উৎপাদন কম ব্যয়বহুল হতে পারে। এগুলি নমনীয় প্লাস্টিকের মতো বিভিন্ন সহায়ক উপকরণগুলিতেও প্রয়োগ করা যেতে পারে, যার ফলে ওপিভি বিভিন্ন ধরণের ব্যবহার করতে সক্ষম হয়।
কোয়ান্টাম ডটস
কোয়ান্টাম ডট সৌর কোষ বিভিন্ন অর্ধপরিবাহী পদার্থের ক্ষুদ্র কণার মাধ্যমে বিদ্যুৎ সঞ্চালন করে মাত্র কয়েক ন্যানোমিটার চওড়া, যাকে বলা হয় কোয়ান্টাম ডটস। কোয়ান্টাম বিন্দুগুলি অর্ধপরিবাহী উপকরণ প্রক্রিয়া করার একটি নতুন উপায় প্রদান করে, কিন্তু তাদের মধ্যে বৈদ্যুতিক সংযোগ তৈরি করা কঠিন, তাই সেগুলি বর্তমানে খুব দক্ষ নয়। যাইহোক, তারা সৌর কোষে তৈরি করা সহজ। এগুলি একটি স্পিন-কোট পদ্ধতি, একটি স্প্রে বা রোল-টু-রোল প্রিন্টার ব্যবহার করে সংবাদপত্র মুদ্রণের জন্য ব্যবহার করা হয়।
কোয়ান্টাম বিন্দুগুলি বিভিন্ন আকারে আসে এবং তাদের ব্যান্ডগ্যাপ কাস্টমাইজ করা যায়, যা তাদেরকে আলো সংগ্রহ করতে সক্ষম করে যা ক্যাপচার করা কঠিন এবং অন্যান্য সেমিকন্ডাক্টর, যেমন পেরোভস্কাইটের সাথে যুক্ত হতে পারে, একটি বহুমুখী সৌর কোষের কর্মক্ষমতাকে অপ্টিমাইজ করতে (নীচের দিকে আরো)।
মাল্টিজংশন ফটোভোলটাইকস
পিভি কোষের দক্ষতা উন্নত করার আরেকটি কৌশল হল বহু অর্ধপরিবাহী স্তরগুলিকে বহুবিধ সৌর কোষ তৈরি করা। এই কোষগুলি মূলত বিভিন্ন সেমিকন্ডাক্টর পদার্থের স্তূপ, একক-জংশন কোষের বিপরীতে, যার মাত্র একটি অর্ধপরিবাহী থাকে। প্রতিটি স্তরের আলাদা ব্যান্ডগ্যাপ আছে, তাই তারা প্রত্যেকেই সৌর বর্ণালীর একটি ভিন্ন অংশ শোষণ করে, যা একক-জংশন কোষের তুলনায় সূর্যের আলোর বেশি ব্যবহার করে। বহুবিধ সৌর কোষ রেকর্ড দক্ষতার মাত্রায় পৌঁছতে পারে কারণ প্রথম সেমিকন্ডাক্টর স্তর দ্বারা যে আলো শোষিত হয় না তার নীচে একটি স্তর দ্বারা ধরা হয়।
যদিও একাধিক ব্যান্ডগ্যাপের সাথে সমস্ত সৌর কোষগুলি মাল্টিজংশন সৌর কোষ, ঠিক দুটি ব্যান্ডগ্যাপ সহ একটি সৌর কোষকে ট্যান্ডেম সৌর কোষ বলা হয়। মাল্টিজংশন সৌর কোষ যা থেরিওডিক টেবিলে কলাম III এবং V থেকে অর্ধপরিবাহীগুলিকে একত্রিত করে তাকে মাল্টিজংশন III-V সৌর কোষ বলে।
বহুবিধ সৌর কোষগুলি 45%এর বেশি দক্ষতা প্রদর্শন করেছে, কিন্তু সেগুলি ব্যয়বহুল এবং উত্পাদন করা কঠিন, তাই সেগুলি স্থান অনুসন্ধানের জন্য সংরক্ষিত। সামরিক বাহিনী ড্রোনগুলিতে III-V সৌর কোষ ব্যবহার করছে, এবং গবেষকরা তাদের জন্য অন্যান্য ব্যবহারগুলি অনুসন্ধান করছেন যেখানে উচ্চ দক্ষতা গুরুত্বপূর্ণ।
একত্রীকরণ ফটোভোলটাইকস
কনসেন্ট্রেশন পিভি, যা সিপিভি নামেও পরিচিত, একটি আয়না বা লেন্স ব্যবহার করে সূর্যের আলোকে সৌর কোষে ফোকাস করে। একটি ছোট এলাকায় সূর্যের আলোকে কেন্দ্র করে, কম PV উপাদান প্রয়োজন। পিভি উপকরণগুলি আরও দক্ষ হয়ে ওঠে কারণ আলো আরও বেশি ঘনীভূত হয়, তাই সর্বোচ্চ সামগ্রিক দক্ষতা সিপিভি কোষ এবং মডিউল দিয়ে পাওয়া যায়। যাইহোক, আরো ব্যয়বহুল উপকরণ, উত্পাদন কৌশল, এবং সূর্যের গতিবিধি ট্র্যাক করার ক্ষমতা প্রয়োজন, তাই আজ' এর উচ্চ-ভলিউম সিলিকন মডিউলগুলির উপর প্রয়োজনীয় খরচের সুবিধা প্রদর্শন করা চ্যালেঞ্জিং হয়ে উঠেছে।
