13 செப்டம்பர் 2011

சோலார் செல் (C.I.G.S.)பகுதி 2

சோலார் செல்லில் சி.ஐ.ஜி.எஸ். என்று ஒரு வகை இருப்பதை இதற்கு முந்திய பதிவில் பார்த்தோம். இதை ஏன் நான்கு தனிமங்களை சேர்த்து செய்ய வேண்டும்? இந்த செல்லை உருவாக்குவது எப்படி? என்பது பற்றி இந்தப் பதிவில் பார்க்கலாம்.


சோலார் செல் செய்ய குறை-கடத்தி வேண்டும். ஏனென்றால், சூரியனில் இருந்து வரும் ஒளியை உறிஞ்சி மின்சாரமாக மாற்ற வேண்டும் என்றால், அதற்கு சரியான அளவு ’ஆற்றலை ஏற்கும்’ திறன் வேண்டும். இதை ஆங்கிலத்தில் band gap (ஆற்றல் பட்டை இடைவெளி?) என்று சொல்வார்கள். குறைகடத்திகளுக்கு, சூரிய ஒளியை விழுங்கி, சாதாரண எலக்ட்ரான்களை , கட்டற்ற/சுதந்திர எலக்ட்ரானாக மாற்றும் வகையில் band gap அமைந்திருக்கிறது. இப்படி எலக்ட்ரான் மாறினால், அதை மின்சாரமாகப் பயன்படுத்த முடியும்.

சரி, அப்படி என்றால், மற்ற குறைகடத்திகளை வைத்து சோலார் செல்களை செய்யலாமா? தாராளமாக செய்யலாம். சிலிக்கன், ஜெர்மேனியம் என்று சில தனிமங்கள் குறைகடத்திகளாக இருக்கின்றன. இவற்றில் சிலிக்கன் என்பது, நாம் பயன்படுத்தும் எலக்ட்ரானிக் சாதனங்களில் இருக்கும் ‘சிப்’ செய்ய வசதியாக இருக்கிறது. இதை வைத்தே சோலார் செல்லும் செய்யலாம். ஆனால் அதன் விலை அதிகமாகிறது.

இவை தவிர வேறு வகை குறைகடத்திகளும் உண்டு. அவற்றில் இரண்டு அல்லது மூன்று அல்லது நான்கு தனிமங்கள் சேர்ந்து இருக்கும். காலியம் ஆர்சனைடு (Gallium Arsenide) என்பது ஒரு குறைகடத்தி. இதில் காலியம் மற்றும் ஆர்சனிக் என்ற இரண்டு தனிமங்கள் உண்டு. காட்மியம் டெலுரைடு, காட்மியம் சல்பைடு ஆகியவையும் குறைகடத்திகள் தான். இவற்றைப் பற்றி விரிவாக பின்வரும் பதிவுகளில் பார்க்கலாம்.

இதைப் போலவே, காப்பர்-இண்டியம்-செலனைடு (Copper Indium Selenide) எனபதும் ஒரு குறைகடத்தி. இதில் தாமிரம் (காப்பர்), இண்டியம், செலனியம் ஆகிய மூன்று தனிமங்கள் இருக்கின்றன. இதை வைத்தே கூட சோலார் செல் செய்யலாம். இதனுடன் காலியம் என்ற தனிமத்தையும் சேர்த்தால், அப்படி வரும் சோலார் செல்லில் சில நன்மைகள் இருக்கின்றன. அதனால், நான்கு தனிமங்களையும் சேர்த்து சோலார் செல் செய்கிறார்கள்.

காலியம் சேர்க்கும்போது, இந்த சோலர்செல்லின் ஆற்றல் இடைவெளி (band gap) அதிகமாகிறது. அதனால், வெளிவரும் மின்சாரத்தின் மின்னழுத்தம் (voltage) அதிகமாகிறது. இது தவிர, உலகில் இண்டியம் என்ற தனிமம் அதிக அளவில் இல்லை, அதனால், முடிந்தவரை இண்டியத்தின் அளவைக் குறைத்து, காலியத்தின் அளவை அதிகரிக்க வைத்தால், நிறைய செல்கள் தயாரிக்க முடியும் என்ற நோக்கத்திலும் காலியம் சேர்க்கப்படுகிறது.

சிலிக்கன் சோலார் செல்லைக் காட்டிலும், இந்த வகை செல்களின் விலை குறைவு. இதன் மூலப்பொருள்களின் விலை குறைவு. தயாரிக்கும் செலவும் குறைவு; இதை மேலும் குறைக்கவும் ஆராய்ச்சி நடந்துகொண்டு இருக்கிறது. இந்த செல்களின் பயன் விகிதம் (அதாவது சூரிய ஒளியை மின்சாரமாக்கும் திறன்) 13% தான் இருக்கிறது. சிலிக்கனில் 24% வரை மின்சாரமாக்க முடிகிறது. ஆனால், சி.ஐ.ஜி.எஸ்.இன் விலை சிலிக்கன் சோலார் செல்லை விட மிகக் குறைவாக இருப்பதால்,
’ஒரு யூனிட் மின்சாரம் எடுக்க எவ்வளவு செலவு?” என்ற வகையில் பார்த்தால், சி.ஐ.ஜி.எஸ். சோலார் செல்தான் குறைந்த செலவில் தரும்.


இந்த செல்லை எப்படி தயாரிக்கிறார்கள்?

ஒரு மின்சாரம் கடத்தக்கூடிய கண்ணாடியை எடுத்துக் கொண்டு, அதில் அரை மைக்ரான் (0.0005 மி.மீ) தடிமனுக்கு, மாலிப்டினம் உலோகத்தைப் படிய வைக்க வேண்டும். இதற்கு ஆவி நிலைப் படிய வைத்தல் அல்லது Physical Vapor Deposition என்ற ஒரு முறையைப் பயன்படுத்துகிறார்கள்.

அதன் மேல், தாமிரம், இண்டியம், காலியம் மற்றும் செலனியம் இந்த நான்கு தனிமங்களையும் சுமார் 1 அல்லது 2 மைக்ரான் தடிமனில் படிய வைக்க வேண்டும். இந்த அளவு தடிமனிலேயே, அத்தனை ஒளியையும் ‘விழுங்கி’ விடும் திறன் சி.ஐ.ஜி.எஸ். படலத்திற்கு உண்டு. சிலிக்கன் போன்ற பொருள்கள், 100 மைக்ரான் அல்லது அதற்கு அதிக தடிமனில் இருந்தால்தான் சூரிய ஒளியை நல்லபடி மின்சாரமாக்க முடியும். சி.ஐ.ஜி.எஸ்.ஐப் பொறுத்த வரை ‘குறைந்த தடிமனிலேயே, குறைந்த அளவு பொருள் கொண்டே வேலையை முடித்து விட முடியும்’ என்பது ஒரு நிறைதான்.

இப்படி பொருள்களைப் படிய வைக்க எந்த முறையைக் கையாளலாம்? தாமிரம், இண்டியம் மற்றும் காலியம் இவை மூன்றும் ‘ஆவி நிலை படிய வைத்தல்’ முறையில் சேர்த்து விடலாம். இந்த மூன்று தனிமங்களையும், எல்லா இடத்திலும் ஒரே அளவு படிய வைப்பது (uniform deposition) கடினமானது. ஏக்கர் கணக்கில் சோலார்செல் வைத்து மின்சாரம் தயாரிக்க வேண்டும் என்றால், எல்லா செல்லும் நன்றாக வேலை செய்ய வேண்டும் இல்லையா? ஒவ்வொரு செல்லும் ஒரு மாதிரி வேலை செய்தால், நிறைய இழப்பு ஏற்படும். இதனால், எல்லா இடங்களிலும் சரிசமமாக பொருள்களைப் படிய வைக்க வேண்டும்.

மூன்றையும் படிய வைத்த பின் என்ன செய்வது? இதன் மேல், செலனியம் சேர்க்க , ‘ஹைட்ரஜன் செலனைடு’ என்ற வாயுவை செலுத்தினால், வேதிவினை நடந்து, செலனியம் சேர்ந்துவிடும். ஆனால், ‘ஹைட்ரஜன் செலனைடு’ ஆபத்தான வாயுவாகும். இது அதிக நச்சுத்தன்மை கொண்டது. கொஞ்சம் சுவாசித்தாலே இறந்துவிடுவோம். தவிரவும், இது தீப்பிடித்து எரியவும் செய்யும். ”இந்த வினையே வேண்டாம், ஹைட்ரஜன் செலனைடு இல்லாமல், வேறுவிதத்தில் இதை செய்ய முடியுமா?” என்ற கோணத்தில் ஆராய்ச்சி நடக்கிறது. ‘ஆவிநிலைப் படியவைத்தல்’ முறையில் இருக்கும் செலவை விட குறந்த செலவில், ‘மின்வேதியியல்’ என்ற electrochemical முறையிலும், screen printing என்ற இன்னொரு முறையிலும் சி.ஐ.ஜி.எஸ். செல்களை செய்ய ஆராய்ச்சி நடக்கிறது.

இதன் மேல், காட்மியல் சல்பைடு என்ற படலம் தேவைப்படுகிறது. அது, மற்ற படலங்களைக் காட்டிலும் எளிதாக செய்ய முடிகிறது. ஒரு தொட்டியில் வெந்நீரை எடுத்து, அதில், காட்மியம் சல்பைடு, அம்மோனியா, தயோ யூரியா என்ற மூன்று பொருள்களை சரியான விகிதத்தில் கலந்து வைத்தால், 10 நிமிடங்களில் காட்மியம் சல்பைடு படிந்து விடும். அது, தொட்டியின் சுவர்களிலும், கூட படிந்து விடும். இது மஞ்சள் நிறத்தில் இருக்கும். சி.ஐ.ஜி.எஸ். மேல் இதைப் படிய வைத்து, பின்னர் 200 அல்லது 300 செண்டிகிரேடு வெப்பநிலையில் கொஞ்ச நேரம் வைத்தால், (annealing) காட்மியம் சல்பைடு நல்ல் தரத்தில் இருக்கும்.

அதன் மேல், மின்சாரம் மற்றும் ஒளி கடத்தக் கூடிய கண்ணாடியைப் படிய வைக்க வேண்டும். இதற்கு அலுமினியம் கலந்த துத்தநாக ஆக்சைடு (aluminum doped Zinc oxide) படலத்தை, ‘ஆவிநிலைப் படியவைத்தல்’ மூலம் சேர்க்கலாம்.

இந்த செல்லில் என்ன குறை என்றால், எல்லா சமயங்களிலும், ஒரே தரமான செல் தயாரிப்பது கடினமாக இருக்கிறது. தாமிரம், இண்டியம், காலியம், செலனியம் இவை நான்கையும் சரியான அளவில், நன்கு கலந்த விதமாக படிய வைப்பது மிகவும் சிக்கலான விஷயம். தடிமன் மாறினாலோ, அல்லது, கலவையில் அளவு மாறினாலோ, செல்லின் தன்மை மாறிவிடுகிறது. இதனால் இதில் வரும் மின்சாரத்தின் அளவு, மின்னழுத்தம் ஆகியவை கொஞ்சம் முன்னே பின்னே வருகிறது. இதை சரியாக, பெருமளவில் செய்ய முடிந்தால், வர்த்தக ரீதியில் இந்த செல் அதிக அளவு வர வாய்ப்பு உண்டு.

கருத்துகள் இல்லை:

கருத்துரையிடுக