असंगत सिलिकॉन (ए-सी) एलसीडी में सौर कोशिकाओं और पतली फिल्म ट्रांजिस्टर के लिए इस्तेमाल सिलिकॉन का गैर-क्रिस्टलीय रूप है।
ए-सी सौर कोशिकाओं, या पतली फिल्म सिलिकॉन सौर कोशिकाओं के लिए अर्धचालक पदार्थ के रूप में प्रयुक्त, इसे पतली फिल्मों में ग्लास, धातु और प्लास्टिक जैसे विभिन्न लचीले सबस्ट्रेट्स पर जमा किया जाता है। असंगत सिलिकॉन कोशिकाओं में आम तौर पर कम दक्षता होती है, लेकिन यह पर्यावरण के अनुकूल फोटोवोल्टिक प्रौद्योगिकियों में से एक है, क्योंकि वे किसी भी जहरीले भारी धातुओं जैसे कैडमियम या लीड का उपयोग नहीं करते हैं।
दूसरी पीढ़ी की पतली फिल्म सौर सेल प्रौद्योगिकी के रूप में, असंगत सिलिकॉन को तेजी से बढ़ते विश्वव्यापी फोटोवोल्टिक बाजार में एक प्रमुख योगदानकर्ता बनने की उम्मीद थी, लेकिन बाद में पारंपरिक क्रिस्टलीय सिलिकॉन कोशिकाओं और अन्य पतली- सीडीटीई और सीआईजीएस जैसी फिल्म प्रौद्योगिकियां।
असंगत सिलिकॉन अन्य एलोट्रॉपिक विविधताओं से अलग होता है, जैसे मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन-एक एकल क्रिस्टल, और पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन, जिसमें छोटे अनाज होते हैं, जिन्हें क्रिस्टलीय भी कहा जाता है।
विवरण
सिलिकॉन एक चार गुना समन्वित परमाणु है जो आम तौर पर चार पड़ोसी सिलिकॉन परमाणुओं से बंधे होते हैं।क्रिस्टलीय सिलिकॉन (सी-सी) में यह टेट्राहेड्रल संरचना एक बड़ी श्रृंखला पर जारी है, इस प्रकार एक अच्छी तरह से आदेशित क्रिस्टल जाली बना रही है।
असंगत सिलिकॉन में यह लंबी दूरी का क्रम मौजूद नहीं है। इसके बजाय, परमाणु एक निरंतर यादृच्छिक नेटवर्क बनाते हैं। इसके अलावा, असंगत सिलिकॉन के भीतर सभी परमाणु चार गुना समन्वयित नहीं हैं। सामग्री की विकृत प्रकृति के कारण कुछ परमाणुओं में एक लटकना बंधन होता है। शारीरिक रूप से, ये लटकते बॉन्ड निरंतर यादृच्छिक नेटवर्क में दोष का प्रतिनिधित्व करते हैं और असंगत विद्युत व्यवहार का कारण बन सकते हैं।
सामग्री हाइड्रोजन द्वारा निष्क्रिय की जा सकती है, जो लटकते बॉन्ड के लिए बंधन और परिमाण के कई आदेशों से लटकते बंधन घनत्व को कम कर सकता है। हाइड्रोजनीकृत असफ़ल सिलिकॉन (ए-सी: एच) में सौर फोटोवोल्टिक कोशिकाओं जैसे विशेष रूप से प्रोटोक्रिस्टलाइन विकास व्यवस्था में उपकरणों के भीतर पर्याप्त मात्रा में दोषों का उपयोग किया जाता है। हालांकि, हाइड्रोजनीकरण सामग्री के प्रकाश-प्रेरित गिरावट से जुड़ा हुआ है, जिसे स्टेबलर-रेन्स्की प्रभाव कहा जाता है।
असंगत सिलिकॉन और कार्बन
सिलिकॉन और कार्बन के असंगत मिश्र धातु (असफ़ल सिलिकॉन कार्बाइड, हाइड्रोजनीकृत, ए-सी 1-एक्ससीएक्स: एच) एक दिलचस्प संस्करण हैं। कार्बन परमाणुओं का परिचय सामग्री के गुणों के नियंत्रण के लिए स्वतंत्रता की अतिरिक्त डिग्री जोड़ता है। फिल्म को दृश्य प्रकाश के लिए पारदर्शी भी बनाया जा सकता है।
मिश्र धातु में कार्बन की एकाग्रता में वृद्धि, चालन और वैलेंस बैंड (जिसे “ऑप्टिकल गैप” और बैंडगैप भी कहा जाता है) के बीच इलेक्ट्रॉनिक अंतर को बढ़ाता है। यह असरदार सिलिकॉन कार्बाइड परतों से बने सौर कोशिकाओं की प्रकाश दक्षता को संभावित रूप से बढ़ा सकता है। दूसरी तरफ, अर्धचालक (मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉन गतिशीलता) के रूप में इलेक्ट्रॉनिक गुण, परमाणु नेटवर्क में बढ़ती विकार के कारण, मिश्र धातु में कार्बन की बढ़ती सामग्री से प्रतिकूल रूप से प्रभावित होते हैं।
वैज्ञानिक साहित्य में कई अध्ययन पाए जाते हैं, मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉनिक गुणवत्ता पर जमाव मानकों के प्रभाव की जांच करते हैं, लेकिन वाणिज्यिक उपकरणों में असंगत सिलिकॉन कार्बाइड के व्यावहारिक अनुप्रयोगों की अभी भी कमी है।
गुण
असंगत सी के घनत्व को 300 के पर 4.90 × 1022 परमाणु / सेमी 3 (2.285 ग्राम / सेमी 3) के रूप में गणना की गई है। यह असंगत सिलिकॉन के पतले (5 माइक्रोन) पट्टियों का उपयोग करके किया गया था। 300 घन पर क्रिस्टलीय सी की तुलना में यह घनत्व 1.8 ± 0.1% कम घना है। सिलिकॉन कुछ तत्वों में से एक है जो शीतलन पर फैलता है और तरल के रूप में ठोस के रूप में कम घनत्व होता है।
हाइड्रोजनीकृत असफ़ल सिलिकॉन
Unhydrogenated ए-सी में बहुत अधिक दोष दोष घनत्व होता है जो अवांछनीय अर्धचालक गुणों जैसे खराब फोटोकॉन्डक्टिविटी की ओर जाता है और डोपिंग को रोकता है जो इंजीनियरिंग अर्धचालक गुणों के लिए महत्वपूर्ण है।असंगत सिलिकॉन के निर्माण के दौरान हाइड्रोजन शुरू करके, फोटोकॉन्डक्टिविटी में काफी सुधार हुआ है और डोपिंग संभव हो गई है। हाइड्रोजनीकृत असफ़ल सिलिकॉन, ए-सी: एच, पहली बार 1 9 6 9 में चित्तिक, अलेक्जेंडर और स्टर्लिंग द्वारा एक सिलेन गैस (SiH4) अग्रदूत का उपयोग करके जमा करके बनाया गया था। परिणामस्वरूप सामग्री ने दोषों के कारण कम दोष घनत्व और चालकता में वृद्धि देखी। ए-सी में रुचि: एच आया जब (1 9 75 में), लेकोम्बर और स्पीयर ने फॉस्फिन (एन-टाइप) या डिबोरैन (पी-प्रकार) का उपयोग करते हुए ए-सी: एच के प्रतिस्थापन डोपिंग की क्षमता की खोज की। हार्डाजन में दोषों को कम करने में हाइड्रोजन की भूमिका हार्वर्ड में पॉल के समूह द्वारा सत्यापित की गई थी, जिसने आईआर कंपन के माध्यम से लगभग 10 परमाणु% की हाइड्रोजन एकाग्रता पाई, जो सी-एच बॉन्ड के लिए लगभग 2000 सेमी -1 की आवृत्ति है। 1 9 70 के दशक से शुरू, ए-सी: एच आरसीए द्वारा सौर कोशिकाओं में विकसित किया गया था, जिसके द्वारा 2015 में दक्षता में लगातार 13.6% की वृद्धि हुई।
| सीवीडी | PECVD | उत्प्रेरक सीवीडी | sputtering | |
|---|---|---|---|---|
| फिल्म का प्रकार | a-Si: एच | a-Si: एच | a-Si: एच | एक-सी |
| अद्वितीय आवेदन | बड़े क्षेत्र के इलेक्ट्रॉनिक्स | हाइड्रोजन मुक्त जमावट | ||
| चैम्बर तापमान | 600C | 30-300C | 30-1000C | |
| सक्रिय तत्व तापमान | 2000C | |||
| चैम्बर दबाव | 0.1-10 Torr | 0.1-10 Torr | 0.001-0.1 Torr | |
| शारीरिक सिद्धांत | थेर्मलिसिस | प्लाज्मा प्रेरित पृथक्करण | थेर्मलिसिस | Si स्रोत का Ionization |
| सूत्रधारों | डब्ल्यू / ता गर्म तारों | Argon cations | ||
| विशिष्ट ड्राइव वोल्टेज | आरएफ 13.56 मेगाहट्र्ज; 0.01-1W / सेमी 2 | |||
| सी स्रोत | SiH 4 गैस | SiH 4 गैस | SiH 4 गैस | क्रूसिबल |
| सब्सट्रेट तापमान | चलाया हुआ | चलाया हुआ | चलाया हुआ | चलाया हुआ |
अनुप्रयोगों
जबकि ए-सी सी-सी की तुलना में कम इलेक्ट्रॉनिक प्रदर्शन से पीड़ित है, यह अपने अनुप्रयोगों में अधिक लचीला है।उदाहरण के लिए, सी-सी परतों को सी-सी से पतला बनाया जा सकता है, जो सिलिकॉन सामग्री लागत पर बचत का उत्पादन कर सकता है।
एक और फायदा यह है कि ए-सी बहुत कम तापमान पर जमा किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, 75 डिग्री सेल्सियस के रूप में कम। यह न केवल ग्लास, बल्कि प्लास्टिक पर जमावट की अनुमति देता है, जिससे इसे रोल-टू-रोल प्रोसेसिंग तकनीक के लिए उम्मीदवार बना दिया जाता है। एक बार जमा होने के बाद, सी-सी के समान फैशन में ए-सी को पी-प्रकार या एन-टाइप परत बनाने और अंततः इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के निर्माण के लिए डॉप किया जा सकता है।
एक और फायदा यह है कि पीईसीवीडी द्वारा बड़े क्षेत्रों में ए-सी जमा किया जा सकता है। पीईसीवीडी प्रणाली के डिजाइन का इस तरह के पैनल की उत्पादन लागत पर बहुत अधिक असर पड़ता है, इसलिए अधिकांश उपकरण आपूर्तिकर्ताओं ने उच्च थ्रूपुट के लिए पीईसीवीडी के डिजाइन पर अपना ध्यान केंद्रित किया है, जिससे कम विनिर्माण लागत होती है, खासकर जब सिलन का पुनर्नवीनीकरण किया जाता है।
कांच पर ए-सी फोटोोडियोड्स के छोटे (छोटे से 1 मिमी के नीचे) की तीर फ्लोरोसॉपी और रेडियोग्राफी के लिए कुछ फ्लैट पैनल डिटेक्टरों में दृश्य-प्रकाश छवि सेंसर के रूप में उपयोग की जाती हैं।
फोटोवोल्टिक
अमोर्फस सिलिकॉन (ए-सी) को उन उपकरणों के लिए फोटोवोल्टिक सौर सेल सामग्री के रूप में उपयोग किया गया है, जिन्हें पॉकेट कैलकुलेटर जैसे बहुत कम बिजली की आवश्यकता होती है, क्योंकि परंपरागत क्रिस्टलीय सिलिकॉन (सी-सी) सौर कोशिकाओं की तुलना में उनका कम प्रदर्शन ऑफसेट से अधिक है एक सब्सट्रेट पर जमा करने की उनकी सरलीकृत और कम लागत। पहले सौर-संचालित कैलकुलेटर पहले से ही 1 9 70 के दशक के अंत में उपलब्ध थे, जैसे रॉयल सौर 1, शार्प ईएल -8026, और टील फोटॉन।
हाल ही में, ए-सी निर्माण तकनीकों में सुधार ने उन्हें बड़े क्षेत्र के सौर सेल उपयोग के लिए भी अधिक आकर्षक बना दिया है। यहां उनकी निचली अंतर्निहित दक्षता कम से कम आंशिक रूप से उनकी पतलीपन से बनाई गई है – एक-दूसरे के ऊपर कई पतली फिल्म कोशिकाओं को ढेर करके उच्च क्षमताएं प्राप्त की जा सकती हैं, प्रत्येक व्यक्ति प्रकाश की एक विशिष्ट आवृत्ति पर अच्छी तरह से काम करने के लिए ट्यून किया जाता है। यह दृष्टिकोण सी-सी कोशिकाओं पर लागू नहीं है, जो इसके अप्रत्यक्ष बैंड-गैप के परिणामस्वरूप मोटे होते हैं और इसलिए बड़े पैमाने पर अपारदर्शी होते हैं, जो ढेर में अन्य परतों तक पहुंचने से प्रकाश को अवरुद्ध करते हैं।
असंगत सिलिकॉन फोटोवोल्टिक्स की कम दक्षता का स्रोत मुख्य रूप से सामग्री की कम छेद गतिशीलता के कारण है।इस कम छेद गतिशीलता को सामग्री के कई भौतिक पहलुओं के लिए जिम्मेदार ठहराया गया है, जिसमें लटकने वाले बांड (3 बॉन्ड के साथ सिलिकॉन), फ्लोटिंग बॉन्ड (5 बॉन्ड के साथ सिलिकॉन), साथ ही बंधन पुनर्गठन की उपस्थिति शामिल है। हालांकि कम गतिशीलता के इन स्रोतों को नियंत्रित करने के लिए बहुत अधिक काम किया गया है, सबूत बताते हैं कि संक्रमित दोषों की भीड़ गतिशीलता को सीमित रूप से सीमित कर सकती है, क्योंकि एक प्रकार के दोष को कम करने से दूसरों को गठन होता है।
बड़े पैमाने पर उत्पादन में ए-सी का मुख्य लाभ दक्षता नहीं है, बल्कि लागत है। ए-सी कोशिकाएं सामान्य सी-सी कोशिकाओं के लिए आवश्यक सिलिकॉन का केवल एक अंश का उपयोग करती हैं, और सिलिकॉन की लागत ऐतिहासिक रूप से सेल लागत में महत्वपूर्ण योगदानकर्ता रही है। हालांकि, बहु-परत निर्माण के कारण निर्माण की उच्च लागत, आज तक, भूमिकाओं को छोड़कर ए-सी अनैतिक है, जहां उनकी पतलीपन या लचीलापन लाभ होता है।
आम तौर पर, असंगत सिलिकॉन पतली फिल्म कोशिकाएं एक पिन संरचना का उपयोग करती हैं। शीर्ष पर पी-प्रकार परत की नियुक्ति भी निचले छेद गतिशीलता के कारण होती है, जिससे छेद को संपर्क के लिए एक छोटी औसत दूरी को पार करने की अनुमति मिलती है। विशिष्ट पैनल संरचना में फ्रंट साइड ग्लास, टीसीओ, पतली फिल्म सिलिकॉन, बैक संपर्क, पॉलीविनाइल ब्यूटरील (पीवीबी) और बैक साइड ग्लास शामिल हैं। यूनी-सौर, ऊर्जा रूपांतरण उपकरणों के एक प्रभाग ने लचीली बैकिंग का एक संस्करण प्रस्तुत किया, जो रोल-ऑन छत उत्पादों में उपयोग किया जाता था। हालांकि, दुनिया के सबसे बड़े असरदार सिलिकॉन फोटोवोल्टिक्स के निर्माता को 2012 में दिवालियापन के लिए फाइल करना पड़ा, क्योंकि यह पारंपरिक सौर पैनलों की तेजी से गिरावट वाली कीमतों के साथ प्रतिस्पर्धा नहीं कर सका।
माइक्रोक्रिस्टलाइन और माइक्रोमोर्फस सिलिकॉन
माइक्रोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन (जिसे नैनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन भी कहा जाता है) असरदार सिलिकॉन होता है, लेकिन इसमें छोटे क्रिस्टल भी होते हैं। यह प्रकाश के एक व्यापक स्पेक्ट्रम को अवशोषित करता है और लचीला है।माइक्रोमैर्फस सिलिकॉन मॉड्यूल तकनीक एक शीर्ष और नीचे फोटोवोल्टिक सेल में दो अलग-अलग प्रकार के सिलिकॉन, असफ़ल और माइक्रोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन को जोड़ती है। शार्प इस प्रणाली का उपयोग करके कोशिकाओं का उत्पादन करता है ताकि नीली रोशनी को अधिक कुशलतापूर्वक कैप्चर किया जा सके, उस समय कोशिकाओं की दक्षता में वृद्धि हो, जहां उन पर कोई प्रत्यक्ष सूर्य की रोशनी न हो। प्रोटोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन अक्सर ए-सी फोटोवोल्टिक्स के खुले सर्किट वोल्टेज को अनुकूलित करने के लिए प्रयोग किया जाता है।
बड़े पैमाने पर उत्पादन
Xunlight निगम, जिसे $ 40 मिलियन से अधिक संस्थागत निवेश प्राप्त हुए हैं, ने पतली फिल्म सिलिकॉन पीवी मॉड्यूल के उत्पादन के लिए अपने पहले 25 मेगावाट चौड़े वेब, रोल-टू-रोल फोटोवोल्टिक विनिर्माण उपकरण की स्थापना पूरी कर ली है। एनीवेल टेक्नोलॉजीज ने हेनान में अपने पहले 40 मेगावाट ए-सी पतली फिल्म सौर पैनल निर्माण सुविधा की स्थापना पूरी की है जिसमें इसके घर में डिज़ाइन किए गए बहु-सब्सट्रेट-बहु-कक्ष पीईसीवीडी उपकरण हैं।
फोटोवोल्टिक थर्मल हाइब्रिड सौर कलेक्टरों
फोटोवोल्टिक थर्मल हाइब्रिड सौर कलेक्टर (पीवीटी), वे सिस्टम हैं जो सौर विकिरण को विद्युत ऊर्जा और थर्मल ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं। ये प्रणालियां एक सौर कोशिका को जोड़ती हैं, जो विद्युत थर्मल कलेक्टर के साथ विद्युत चुम्बकीय विकिरण (फोटॉन) को बिजली में परिवर्तित करती है, जो शेष ऊर्जा को पकड़ती है और सौर पीवी मॉड्यूल से अपशिष्ट ताप को हटा देती है। सौर कोशिकाएं प्रतिरोध में वृद्धि के कारण तापमान में वृद्धि के साथ दक्षता में गिरावट से पीड़ित हैं। इस तरह के अधिकांश प्रणालियों को सौर कोशिकाओं से गर्मी दूर करने के लिए इंजीनियर किया जा सकता है जिससे कोशिकाओं को ठंडा कर दिया जा सके और इस प्रकार प्रतिरोध को कम करके अपनी दक्षता में सुधार किया जा सके। यद्यपि यह एक प्रभावी तरीका है, यह थर्मल घटक को सौर थर्मल कलेक्टर की तुलना में कम प्रदर्शन करने का कारण बनता है। हाल के शोध से पता चला है कि कम तापमान गुणांक वाले ए-सी: एच पीवी उच्च तापमान पर पीवीटी संचालित करने की अनुमति देते हैं, एक और सिम्बियोटिक पीवीटी प्रणाली बनाते हैं और ए-सी: एच पीवी के प्रदर्शन में लगभग 10% की वृद्धि में सुधार करते हैं।
पतला फिल्म-ट्रांजिस्टर तरल-क्रिस्टल डिस्प्ले
अमोर्फस सिलिकॉन पतली फिल्म ट्रांजिस्टर (टीएफटी) में सक्रिय परत के लिए पसंद की सामग्री बन गया है, जो मुख्य रूप से तरल-क्रिस्टल डिस्प्ले (एलसीडी) के लिए बड़े क्षेत्र के इलेक्ट्रॉनिक्स अनुप्रयोगों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
पतला-फिल्म-ट्रांजिस्टर तरल-क्रिस्टल डिस्प्ले (टीएफटी-एलसीडी) सेमीकंडक्टर उत्पादों के लिए एक समान सर्किट लेआउट प्रक्रिया दिखाता है। हालांकि, सिलिकॉन से ट्रांजिस्टर बनाने के बजाए, यह क्रिस्टलीय सिलिकॉन वेफर में बनता है, वे एक ग्लास पैनल पर जमा असंगत सिलिकॉन की पतली फिल्म से बने होते हैं। टीएफटी-एलसीडी के लिए सिलिकॉन परत आमतौर पर पीईसीवीडी प्रक्रिया का उपयोग करके जमा की जाती है। ट्रांजिस्टर प्रत्येक पिक्सेल के क्षेत्र का केवल एक छोटा सा हिस्सा लेते हैं और शेष सिलिकॉन फिल्म को आसानी से गुजरने के लिए प्रकाश को अनुमति देने के लिए दूर किया जाता है।
पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन कभी-कभी डिस्प्ले में उपयोग किया जाता है जिसमें उच्च टीएफटी प्रदर्शन की आवश्यकता होती है। उदाहरणों में प्रोजेक्टर या व्यूफिंडर्स में पाए जाने वाले छोटे उच्च-रिज़ॉल्यूशन डिस्प्ले शामिल हैं। असम्बद्ध सिलिकॉन आधारित टीएफटी उनकी सबसे कम उत्पादन लागत के कारण अब तक सबसे आम हैं, जबकि पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन टीएफटी अधिक महंगा और उत्पादन करने में बहुत मुश्किल हैं।