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पृष्ठभूमि
फोटोवोल्टिक्स (पीवी) ऊर्जा ऊर्जा के मुख्य वैश्विक स्रोत में से एक बनने के किनारे पर है, और निकट भविष्य में परिवर्तन के कोई संकेत नहीं के साथ क्रिस्टलीय सिलिकॉन बाजार पर हावी रहा है। सिलिकॉन आधारित हेटरोजंक्शन सौर कोशिकाएं (Si-HJT) क्रिस्टलीय सिलिकॉन फोटोवोल्टिक के भीतर एक गर्म विषय हैं क्योंकि यह 26.6% (छवि 1) तक रिकॉर्ड-दक्षता ऊर्जा रूपांतरण के साथ सौर कोशिकाओं के लिए अनुमति देता है, योशनावा एट अल, नेचर एनर्जी 2 भी देखें । , 2017 )। सी-एचजेटी का मुख्य बिंदु व्यापक बैंडगैप वाली फिल्म के सम्मिलन द्वारा क्रिस्टलीय सतह से अत्यधिक पुनर्संयोजन-सक्रिय संपर्कों का विस्थापन है। पूर्ण डिवाइस क्षमता तक पहुंचने के लिए, हेटेरो-इंटरफ़ेस राज्य घनत्व न्यूनतम होना चाहिए। व्यावहारिक रूप से, हाइड्रोजनीकृत अनाकार सिलिकॉन (ए-सी: एच) केवल कुछ नैनोमीटर मोटाई की फिल्में इसके लिए उम्मीदवारों से अपील कर रही हैं: उनका बैंडगैप सी-सी की तुलना में व्यापक है और जब आंतरिक, ऐसी फिल्में सी-सी सतह को कम कर सकती हैं हाइड्रोजनीकरण द्वारा राज्य घनत्व। इसके अलावा, इन फिल्मों को संतृप्ति-वर्तमान घनत्व के लिए रिकॉर्ड-कम मान वाले संपर्कों की (लिथोग्राफी-मुक्त) निर्माण के लिए अनुमति देते हुए, आसानी से या तो n- या पी-प्रकार से डोप किया जा सकता है। प्रभावशाली बड़े क्षेत्र (> 100 सेमी 2 ) ऊर्जा-रूपांतरण क्षमता (~ 25%) कई कंपनियों ( टैगुशी एट अल।, आईईईई जेपीवी 4, 2014 , अडाची एट अल। एपीएल 104, 2015 ...) द्वारा सूचित किए गए हैं।
चित्रा 1: पिछले 20 वर्षों में मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन सौर सेल रिकॉर्ड दक्षता विकास।
एक विशिष्ट विषम सौर सेल का एक स्केच और बैंड आरेख चित्र 2 में दिया गया है। सामने की ओर (इल्युमिनेशन) की मूल डिवाइस सुविधाएँ क्रमिक रूप से एक आंतरिक-सी: एच पासिंग लेयर और एक पी-डॉप्ड टॉर्फ़स सिलिकॉन एमिटर दोनों प्लाज्मा द्वारा जमा की जाती हैं। वर्धित रासायनिक वाष्प जमाव (PECVD)। सिलिकॉन परतों के शीर्ष पर, भौतिक वाष्प जमाव (PVD) द्वारा एक एंटीरेप्लेटिव पारदर्शी प्रवाहकीय ऑक्साइड (TCO) जमा किया जाता है और आवेश संग्रह एक स्क्रीन-मुद्रित धातु संपर्क ग्रिड द्वारा बनाया जाता है। पीछे की तरफ, एक इलेक्ट्रॉन एकत्रित स्टैक का उपयोग किया जाता है, और यह एक आंतरिक-सी से बना होता है: एच मार्गीकरण परत, एक डोपेड एन-टाइप अनाकार सिलिकॉन (दोनों PECVD द्वारा जमा), एक टीयर परत और एक धातु संपर्क परत ( पीवीडी द्वारा जमा)।
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चित्रा 2: वाम: एक विषम सौर सेल के योजनाबद्ध आरेख (पैमाने पर नहीं)। सही: एक विषम सौर सेल के संतुलन में इलेक्ट्रॉनिक बैंड आरेख अंधेरे में (पैमाने पर नहीं)।
चित्र 3 समूह में वर्तमान में खोजे गए शोध के मुख्य विषयों को प्रदर्शित करता है। यह नकारात्मक संपर्क (इलेक्ट्रानिक्स) और धनात्मक (छिद्र) विद्युत आवेशों को निकालने के लिए वैकल्पिक संपर्क योजनाओं के विकास के माध्यम से, निष्क्रियता तंत्र के मूल सिद्धांतों से जाता है, नवीन उपकरण आर्किटेक्चर के विकास और ऊर्जा उपज पर परिचालन स्थितियों के प्रभाव का अध्ययन करने के लिए। फोटोवोल्टिक मॉड्यूल के।
चित्र 3: सिलिकॉन-आधारित हेट्रोजनेशन सौर कोशिकाओं के आसपास सक्रिय शोध विषय।
सरफेस पैशन
उच्च शुद्धता वाले सिलिकॉन के बड़े पैमाने पर उत्पादन में हालिया प्रगति ने बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए बहुत उच्च गुणवत्ता वाले सिलिकॉन वेफर को आसानी से उपलब्ध कराया। इस तरह के वेफर्स में कम दोष घनत्व उचित डिवाइस वास्तुकला के लिए 25% से अधिक क्षमता बनाता है। इस तरह की उच्च दक्षता वाली डिवाइस बनाने की पहली चुनौती यह सुनिश्चित करना है कि वफ़र की सतह इलेक्ट्रॉनिक रूप से सक्रिय दोषों को प्रस्तुत नहीं करती है। इस तरह की सतह के विभिन्न तरीकों से प्राप्त किया जा सकता है, पीवी-लैब में सबसे व्यापक रूप से जांच की जा रही है जिसमें प्लाज्मा-जमा हाइड्रोजनीकृत अनाकार सिलिकॉन (ए-सी: एच) का उपयोग किया जा रहा है। यह सिलिकॉन वेफर्स में बहुत बड़े वाहक जीवनकाल की अनुमति देता है, साथ ही साथ रिकॉर्ड-उच्च क्षमता प्रदान करने के लिए, सबसे अच्छा मार्ग प्रदान करने के लिए सबसे कुशल परत में से एक साबित होता है। एक-सी: एच (और उसके ऑक्साइड और कार्बाइड मिश्र) से सतह के पारित होने के पीछे की घटना, हाइड्रोजन की भूमिका, हीटिंग या प्रकाश-रोशनी का प्रभाव आकर्षक वैज्ञानिक पूछताछ हैं जो इस क्षेत्र को अभी भी बहुत सक्रिय बनाते हैं [डोबयाशी 2017]।
संपर्क गठन
उच्च-गुणवत्ता वाले सिलिकॉन वेफर से अत्यधिक कुशल सौर सेल का निर्माण करते समय दूसरी चुनौती दो स्थानिक रूप से अलग किए गए टर्मिनलों पर सकारात्मक और नकारात्मक आरोपों का चयनात्मक संग्रह है। इस तरह के चयनात्मक संग्रह अर्ध-पारगम्य इलेक्ट्रॉनिक झिल्ली पर निर्भर करते हैं, एक प्रकार के शुल्क (जैसे इलेक्ट्रॉनों) के लिए कम प्रतिरोध वाले विद्युत कनेक्शन की पेशकश करते हैं, जबकि दूसरे प्रकार (छेद) को कम से कम रिसाव के साथ अवरुद्ध करते हैं। डॉप्ड अनाकार सिलिकॉन परतों (पी-प्रकार और एन-टाइप-सी: एच) का उपयोग कई प्रयोगशालाओं और कंपनियों द्वारा इस तरह के संपर्कों का उपयोग करके प्राप्त विश्व रिकॉर्ड क्षमता के साथ इस तरह की चयनात्मकता प्रदान करने का एक अत्यंत कुशल तरीका साबित होता है [DeWolf2012]। उन फिल्मों में प्रकाश और गैर-आदर्श चयनात्मकता के परजीवी अवशोषण (चार्ज निष्कर्षण और कम पार्श्व चालन के लिए एक गैर-नगण्य प्रतिरोध के साथ) सहित कई सीमाएं मौजूद हैं। एक आदर्श चयनात्मक संपर्क (सामग्री को शामिल करना, लेकिन इंटरफ़ेस गुण भी) के लिए आवश्यक मूलभूत गुणों को खोलना सरल प्रक्रियाओं के आधार पर अधिक कुशल उपकरणों को विकसित करने के लिए महत्वपूर्ण है। उपन्यास-उपयुक्त सामग्रियों को वाहक-चयनात्मक संपर्कों के रूप में लागू करना इस अंत तक एक बहुत ही सक्रिय विषय है और उपयुक्त सामग्रियों को डिजाइन करना और गढ़ना समूह का एक मजबूत फोकस है।
डिवाइस आर्किटेक्चर
डोपेंट-मुक्त सौर सेल: जबकि एक लंबे समय से विचार किया गया था कि एक फोटोवोल्टिक डिवाइस को कुशल होने के लिए विपरीत ध्रुवों के डॉप्ड संपर्कों की आवश्यकता होती है, हाल ही में सौर कोशिकाओं के भौतिकी की समझ ने सुझाव दिया कि ऐसा नहीं था: कई संपर्क आर्किटेक्चर सैद्धांतिक रूप से इसी तरह प्रदान कर सकते हैं कुशल उपकरण। एक उच्च-दक्षता का प्रायोगिक प्रदर्शन अभी तक पूरी तरह से डोपेंट-मुक्त क्रिस्टलीय सिलिकॉन सेल - छेद और इलेक्ट्रॉन-चयनात्मक संपर्कों के रूप में थोड़ा सब-स्टोइकोमेट्रिक एमओओ 3 और LiF का उपयोग करते हुए - बहुत सरल प्रक्रियाओं और अत्यंत सरलता के साथ पूरी तरह से नए डिवाइस आर्किटेक्चर की ओर मार्ग खोलता है सरल डिजाइन [Bullock2016]।
इंटरडिजिएटेड बैक कॉन्टैक्ट (IBC) सोलर सेल: सिलिकॉन सोलर सेल से इलेक्ट्रिकल चार्ज निकालने के लिए मेटल कॉन्टैक्ट्स की जरूरत होती है। जबकि पारंपरिक-वास्तुकला सौर कोशिकाओं में नकारात्मक (इलेक्ट्रॉनों) और पॉजिटिव (छेद) चार्ज वफ़र के प्रत्येक तरफ एकत्र किए जाते हैं, IBC डिज़ाइन वेफर के पीछे दोनों चार्ज प्रकार एकत्र करता है। यह वफ़र के पीछे इन आरोपों को निकालने के लिए आवश्यक सभी धातु को रखने की अनुमति देता है, इस प्रकार छाया को रोकने और एक उच्च वर्तमान उत्पन्न करने की अनुमति देता है। सिद्धांत रूप में सरल होते हुए, इस तरह के दृष्टिकोण कई वैज्ञानिक और तकनीकी चुनौतियों को प्रस्तुत करते हैं [टॉमासी २०१ such]।
छोटे क्षेत्र के उपकरण: जबकि अधिकांश फोटोवोल्टिक प्रौद्योगिकियों के लिए रिकॉर्ड कोशिकाएं छोटे क्षेत्र के उपकरणों (1 सेमी 2 या उससे नीचे) पर प्राप्त की जाती हैं, वेफर-आधारित सिलिकॉन उपकरणों के लिए हाल ही में रिकॉर्ड क्षमता बहुत बड़े क्षेत्र> 100 सेमी 2 पर प्राप्त की गई थी। सिलिकॉन (आमतौर पर मिलीमीटर पैमाने पर) में फोटोजेनरेटेड वाहकों की बड़ी प्रसार लंबाई बढ़त को एक विशेष मुद्दा बनाती है, और छोटे उपकरणों के निर्माण को चुनौती देती है। क्षेत्र-संबंधी हानियों और बढ़त मार्ग के विकास के बारे में बेहतर समझ कुशल छोटे क्षेत्र के उपकरणों को धातुकरण के संदर्भ में आराम की जरूरत बना सकती है।
परिचालन की स्थिति
सौर कोशिकाओं का सामान्य अनुकूलन मानक परीक्षण स्थितियों (25 डिग्री सेल्सियस, 1000 डब्ल्यू / एम 2, एएम 1.5 स्पेक्ट्रम) के तहत उच्चतम प्रदर्शन तक पहुंचने के लिए बनाया गया है। ऐसी स्थितियां ऑपरेशन के दौरान क्षेत्र में अनुभवी लोगों की प्रतिनिधि नहीं हैं। विशेष रूप से, गर्म और सनी जलवायु में स्थापित मॉड्यूल एक उच्च विकिरण स्तर का अनुभव करते हैं, लेकिन एक उच्च ऑपरेटिंग तापमान भी है जो उनके ऊर्जा उत्पादन के लिए हानिकारक है। थर्मोऑनिक बाधाओं को दूर करने और चार्ज ट्रांसपोर्ट को बेहतर बनाने के लिए विशेष मामलों में उच्च ऑपरेटिंग तापमान फायदेमंद हो सकता है। विशिष्ट जलवायु परिस्थितियों के लिए दर्जी अनुकूलन मानक दृष्टिकोणों पर कई प्रतिशत वार्षिक ऊर्जा लाभ प्रदान कर सकता है। यह भी दिखाया गया था कि सेल इंटरकनेक्शन प्रभाव के कारण प्रतिरोध नुकसान न केवल मॉड्यूल दक्षता बल्कि मॉड्यूल के तापमान गुणांक, गर्म जलवायु में कम-प्रतिरोध इंटरकनेक्शन की मजबूत आवश्यकता को उजागर करता है।
