पतली फिल्म सौर सेल

एक पतली फिल्म सौर सेल एक दूसरी पीढ़ी का सौर कोशिका है जो एक या अधिक पतली परतों, या ग्लास, प्लास्टिक या धातु जैसे सब्सट्रेट पर फोटोवोल्टिक सामग्री की पतली फिल्म (टीएफ) जमा करके बनाई जाती है। पतली फिल्म सौर कोशिकाओं का वाणिज्यिक रूप से कई तकनीकों में उपयोग किया जाता है, जिनमें कैडमियम टेल्यराइड (सीडीटीई), तांबे इंडियम गैलियम डिसेलेनाइड (सीआईजीएस), और असंगत पतली फिल्म सिलिकॉन (ए-सी, टीएफ-सी) शामिल हैं।

फिल्म मोटाई कुछ नैनोमीटर (एनएम) से दस माइक्रोमीटर (माइक्रोन) तक भिन्न होती है, पतली फिल्म की प्रतिद्वंद्वी प्रौद्योगिकी, पारंपरिक, पहली पीढ़ी के क्रिस्टलीय सिलिकॉन सौर सेल (सी-सी) की तुलना में बहुत पतली होती है, जो 200 तक के वेफर्स का उपयोग करती है सुक्ष्ममापी। यह पतली फिल्म कोशिकाओं को लचीला, और वजन में कम करने की अनुमति देता है। इसका उपयोग एकीकृत फोटोवोल्टिक्स बनाने और अर्द्ध पारदर्शी, फोटोवोल्टिक ग्लेज़िंग सामग्री के रूप में किया जाता है जिसे खिड़कियों पर टुकड़े टुकड़े किया जा सकता है। अन्य वाणिज्यिक अनुप्रयोग दुनिया के सबसे बड़े फोटोवोल्टिक पावर स्टेशनों में से कुछ में कठोर पतली फिल्म सौर पैनलों (कांच के दो पैन के बीच सैंडविच) का उपयोग करते हैं।

पतली फिल्म प्रौद्योगिकी हमेशा सस्ता है लेकिन परंपरागत सी-सी प्रौद्योगिकी से कम कुशल है। हालांकि, पिछले कुछ वर्षों में इसमें काफी सुधार हुआ है। सीडीटीई और सीआईजीएस के लिए लैब सेल दक्षता अब 21 प्रतिशत से अधिक है, मल्टीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन से बेहतर प्रदर्शन, वर्तमान में अधिकांश सौर पीवी प्रणालियों में उपयोग की जाने वाली प्रमुख सामग्री .:23,24 प्रयोगशाला स्थितियों के तहत पतली फिल्म मॉड्यूल के त्वरित जीवन परीक्षण की तुलना में कुछ तेजी से गिरावट आई है परंपरागत पीवी, जबकि 20 साल या उससे अधिक का जीवनकाल आमतौर पर अपेक्षित है। इन वृद्धियों के बावजूद, पिछले दो दशकों में पतली फिल्म का बाजार हिस्सा 20 प्रतिशत से अधिक नहीं पहुंच पाया है और 2013 में दुनिया भर में फोटोवोल्टिक प्रतिष्ठानों के लगभग 9 प्रतिशत तक गिरावट आई है .:18,19

अन्य पतली फिल्म प्रौद्योगिकियां जो अभी भी चल रहे शोध के शुरुआती चरण में हैं या सीमित व्यावसायिक उपलब्धता के साथ अक्सर उभरती हुई या तीसरी पीढ़ी के फोटोवोल्टिक कोशिकाओं के रूप में वर्गीकृत होती हैं और कार्बनिक, डाई-सेंसिटाइज्ड, और पॉलिमर सौर कोशिकाओं, साथ ही क्वांटम डॉट, तांबे जस्ता टिन सल्फाइड, नैनोक्रिस्टल, माइक्रोमोर्फ, और पेरोव्स्काइट सौर कोशिकाएं।

प्रकार
कई फोटोवोल्टिक सामग्रियों को विभिन्न प्रकार के सबस्ट्रेट्स पर विभिन्न जमा विधियों के साथ निर्मित किया जाता है। पतली फिल्म सौर कोशिकाओं को आम तौर पर उपयोग की जाने वाली फोटोवोल्टिक सामग्री के अनुसार वर्गीकृत किया जाता है:

असफ़ल सिलिकॉन (ए-सी) और अन्य पतली फिल्म सिलिकॉन (टीएफ-सी)
कैडमियम टेल्यराइड (सीडीटीई)
कॉपर इंडियम गैलियम और सेलेनियम (सीआईएस या सीआईजीएस)
डाई (डीएससी) और अन्य कार्बनिक सौर कोशिकाओं द्वारा संवेदनशील सौर कोशिकाएं।

इतिहास
पतली फिल्म कोशिकाएं 1 9 70 के दशक के उत्तरार्ध से अच्छी तरह से जानी जाती हैं, जब असरदार सिलिकॉन की एक छोटी सी पट्टी द्वारा संचालित सौर कैलकुलेटर बाजार में दिखाई देते हैं।

यह अब परिष्कृत भवन-एकीकृत प्रतिष्ठानों और वाहन चार्जिंग सिस्टम में उपयोग किए जाने वाले बहुत बड़े मॉड्यूल में उपलब्ध है।

हालांकि पतली फिल्म प्रौद्योगिकी से बाजार में महत्वपूर्ण प्रगति होने की उम्मीद है और लंबे समय तक हावी पारंपरिक पारंपरिक क्रिस्टलीय सिलिकॉन (सी-सी) प्रौद्योगिकी को पार करने की उम्मीद है, बाजार हिस्सेदारी कई सालों से घट रही है। 2010 में, जब पारंपरिक पीवी मॉड्यूल की कमी थी, पतली फिल्म कुल बाजार का 15 प्रतिशत था, 2014 में यह 8 प्रतिशत तक गिर गई, और 2015 से 7 प्रतिशत पर स्थिर होने की उम्मीद है, जिसमें असफ़ल सिलिकॉन अपेक्षित है दशक के अंत तक अपने बाजार हिस्सेदारी का आधा हिस्सा खोना।

सामग्री
पतली फिल्म प्रौद्योगिकियां सेल में सक्रिय सामग्री की मात्रा को कम करती हैं। ग्लास के दो पैन के बीच अधिकांश सैंडविच सक्रिय सामग्री। चूंकि सिलिकॉन सौर पैनल केवल ग्लास के एक फलक का उपयोग करते हैं, इसलिए पतली फिल्म पैनल क्रिस्टलीय सिलिकॉन पैनलों के रूप में लगभग दोगुनी भारी होती हैं, हालांकि उनके पास एक छोटा पारिस्थितिक प्रभाव होता है (जीवन चक्र विश्लेषण से निर्धारित)। क्रिस्टलीय सिलिकॉन की तुलना में अधिकांश फिल्म पैनलों में 2-3 प्रतिशत अंक कम रूपांतरण क्षमता होती है। कैडमियम टेल्यराइड (सीडीटीई), तांबा इंडियम गैलियम सेलेनाइड (सीआईजीएस) और असफ़ल सिलिकॉन (ए-सी) तीन पतली फिल्म प्रौद्योगिकियां अक्सर बाहरी अनुप्रयोगों के लिए उपयोग की जाती हैं।

कैडमियम टेल्यराइड
कैडमियम टेल्यराइड (सीडीटीई) मुख्य पतली फिल्म प्रौद्योगिकी है। दुनिया भर में पीवी उत्पादन के लगभग 5 प्रतिशत के साथ, यह पतली फिल्म बाजार के आधे से अधिक के लिए जिम्मेदार है। हाल के वर्षों में सेल की प्रयोगशाला दक्षता में भी उल्लेखनीय वृद्धि हुई है और सीआईजीएस पतली फिल्म के बराबर है और 2013 तक बहु-क्रिस्टलीय सिलिकॉन की दक्षता के करीब है .:24-25 इसके अलावा, सीडीटी के पास सभी द्रव्यमान का सबसे कम ऊर्जा भुगतान समय है उत्पादित पीवी प्रौद्योगिकियां, और अनुकूल स्थानों में आठ महीने तक कम हो सकती हैं .:31 एक प्रमुख निर्माता यूएस-कंपनी फर्स्ट सौर है जो टेम्पपे, एरिजोना में स्थित है, जो सीडीटी-पैनलों को रिपोर्ट करता है जिसमें एक रिपोर्ट में लगभग 14 प्रतिशत की दक्षता होती है। प्रति वाट $ 0.59 की लागत।

यद्यपि कैडमियम की विषाक्तता उनके जीवनकाल के अंत में सीडीटी मॉड्यूल के रीसाइक्लिंग के साथ पूरी तरह से हल नहीं होने वाली किसी भी समस्या और पर्यावरणीय चिंताओं को हल नहीं कर सकती है, फिर भी अनिश्चितताएं हैं और जनता की राय इस तकनीक की ओर संदेहजनक है। दुर्लभ सामग्रियों का उपयोग सीडीटी पतली फिल्म प्रौद्योगिकी की औद्योगिक स्केलेबिलिटी के लिए एक सीमित कारक भी बन सकता है। टेल्यूरियम की दुर्लभता – जिसमें टेलिराइड एनीओनिक रूप है-पृथ्वी की परत में प्लैटिनम की तुलना में तुलनीय है और मॉड्यूल की लागत में महत्वपूर्ण योगदान देता है।

कॉपर इंडियम गैलियम सेलेनाइड
एक तांबे इंडियम गैलियम सेलेनाइड सौर सेल या सीआईजीएस सेल तांबे, इंडियम, गैलियम, सेलेनाइड (सीआईजीएस) से बने अवशोषक का उपयोग करता है, जबकि सेमीकंडक्टर सामग्री के गैलियम मुक्त रूपों को संक्षेप में सीआईएस कहा जाता है। यह तीन मुख्यधारा पतली फिल्म प्रौद्योगिकियों में से एक है, अन्य दो कैडमियम टेल्यराइड और असफ़ल सिलिकॉन हैं, जिसमें 20 प्रतिशत से अधिक की लैब-दक्षता और 2013 में कुल पीवी बाजार में 2 प्रतिशत की हिस्सेदारी है। बेलनाकार सीआईजीएस- पैनल कैलिफ़ोर्निया के फ्रॉमोंट में अब-दिवालिया कंपनी सोलेंद्र थे। फैब्रिकेशन के पारंपरिक तरीकों में सह-वाष्पीकरण और स्पटरिंग सहित वैक्यूम प्रक्रियाएं शामिल हैं। 2008 में, आईबीएम और टोक्यो ओहका कोगोयो कं, लिमिटेड (टीओके) ने घोषणा की कि उन्होंने सीआईजीएस कोशिकाओं के लिए एक नई, गैर-वैक्यूम, समाधान-आधारित विनिर्माण प्रक्रिया विकसित की है और 15% और इससे अधिक की क्षमता का लक्ष्य रख रहे हैं।

इन कोशिकाओं को दर्शाने के लिए हाइपर स्पेक्ट्रल इमेजिंग का उपयोग किया गया है। फोटॉन इत्यादि के सहयोग से आईआरडीईपी (फोटोवोल्टिक एनर्जी में रिसर्च एंड डेवलपमेंट इंस्टीट्यूट) के शोधकर्ताओं ने शोधकर्ताओं के साथ अर्ध-फर्मि स्तर के विभाजन को निर्धारित करने में सक्षम थे, जबकि विद्युत क्वांटम दक्षता (ईक्यूई) प्राप्त करने के लिए इलेक्ट्रोल्यूमाइन्सेंस डेटा का उपयोग किया जाता था। । इसके अलावा, एक हल्के बीम प्रेरित वर्तमान (एलबीआईसी) कार्टोग्राफी प्रयोग के माध्यम से, माइक्रोक्रिस्टलाइन सीआईजीएस सौर सेल का ईक्यूई दृश्य के क्षेत्र में किसी भी बिंदु पर निर्धारित किया जा सकता है।

सितंबर 2014 तक, एक प्रयोगशाला सीआईजीएस सेल के लिए वर्तमान रूपांतरण दक्षता रिकॉर्ड 21.7% पर है।

सिलिकॉन
तीन प्रमुख सिलिकॉन आधारित मॉड्यूल डिजाइन पर हावी है:

असंगत सिलिकॉन कोशिकाओं
असंगत / माइक्रोक्रिस्टलाइन टंडेम कोशिकाएं (माइक्रोमोर्फ)
कांच पर पतली फिल्म polycrystalline सिलिकॉन।

असंगत सिलिकॉन
असफ़ोर सिलिकॉन (ए-सी) सिलिकॉन का एक गैर-क्रिस्टलीय, आलोट्रॉपिक रूप है और आज तक की सबसे अच्छी तरह से विकसित पतली फिल्म तकनीक है। पतली फिल्म सिलिकॉन परंपरागत वेफर (या थोक) क्रिस्टलीय सिलिकॉन का विकल्प है। जबकि चल्कोोजेनाइड आधारित सीडीटी और सीआईएस पतली फिल्मों की कोशिकाओं को बड़ी सफलता के साथ प्रयोगशाला में विकसित किया गया है, फिर भी सिलिकॉन आधारित पतली फिल्म कोशिकाओं में उद्योग रुचि है। सिलिकॉन आधारित डिवाइस सीडीटीई और सीआईएस समकक्षों की तुलना में कम समस्याएं प्रदर्शित करते हैं जैसे कि सीडीटी कोशिकाओं के साथ विषाक्तता और आर्द्रता के मुद्दों और भौतिक जटिलता के कारण सीआईएस की कम विनिर्माण उपज। इसके अतिरिक्त, सौर ऊर्जा उत्पादन में गैर-“हरी” सामग्री के उपयोग के लिए राजनीतिक प्रतिरोध के कारण, मानक सिलिकॉन के उपयोग में कोई कलंक नहीं है।

इस प्रकार की पतली फिल्म सेल ज्यादातर प्लाज्मा-एन्हांस्ड रासायनिक वाष्प जमावट नामक तकनीक द्वारा बनाई जाती है। यह सिलेंडर (सीएचएच 4) और हाइड्रोजन का एक गैसीय मिश्रण का उपयोग करता है ताकि सिलिकॉन पर केवल 1 माइक्रोमेट्रिक (माइक्रोन) सिलिकॉन की एक बहुत पतली परत जमा हो सके, जैसे कांच, प्लास्टिक या धातु, जिसे पारदर्शी संचालन की परत के साथ पहले से ही लेपित किया गया हो ऑक्साइड। एक सब्सट्रेट पर असंगत सिलिकॉन जमा करने के लिए उपयोग की जाने वाली अन्य विधियों में स्पटरिंग और गर्म तार रासायनिक वाष्प जमावट तकनीक शामिल हैं।

ए-सी सौर सेल सामग्री के रूप में आकर्षक है क्योंकि यह एक प्रचुर मात्रा में, गैर विषैले पदार्थ है। इसके लिए एक कम प्रोसेसिंग तापमान की आवश्यकता होती है और एक लचीली, कम लागत वाली सब्सट्रेट पर एक स्केलेबल उत्पादन सक्षम करता है जिसमें छोटी सिलिकॉन सामग्री होती है। 1.7 ईवी के बैंडगैप के कारण, असफ़ल सिलिकॉन प्रकाश स्पेक्ट्रम की एक विस्तृत श्रृंखला को भी अवशोषित करता है, जिसमें इन्फ्रारेड और यहां तक ​​कि कुछ पराबैंगनी भी शामिल होती है और कमजोर रोशनी पर बहुत अच्छी तरह से प्रदर्शन करती है। यह कोशिका को सुबह, या देर दोपहर और बादल और बरसात के दिनों में बिजली उत्पन्न करने की अनुमति देता है, क्रिस्टलीय सिलिकॉन कोशिकाओं के विपरीत, जो फैलाने और अप्रत्यक्ष डेलाइट पर उजागर होने पर काफी कम कुशल होते हैं।

हालांकि, ऑपरेशन के पहले छह महीनों के दौरान ए-सी सेल की दक्षता में लगभग 10 से 30 प्रतिशत की कमी आई है। इसे स्टेबलर-रेन्स्की प्रभाव (एसडब्ल्यूई) कहा जाता है – फोटोकंडक्टिविटी में बदलाव और सूर्य की रोशनी के लंबे समय तक संपर्क के कारण अंधेरे चालकता के कारण विद्युत उत्पादन में एक सामान्य नुकसान। यद्यपि यह गिरावट 150 डिग्री सेल्सियस से ऊपर या उससे ऊपर एनीलिंग पर पूरी तरह से उलट है, पारंपरिक सी-सी सौर कोशिकाएं इस प्रभाव को पहली जगह में प्रदर्शित नहीं करती हैं।

इसकी मूल इलेक्ट्रॉनिक संरचना पिन जंक्शन है। ए-सी की असंगत संरचना उच्च अंतर्निहित विकार और लैंडिंग बॉन्ड का तात्पर्य है, जिससे चार्ज वाहक के लिए यह खराब कंडक्टर बन जाता है। ये लटकने वाले बंधन पुनर्संरचना केंद्रों के रूप में कार्य करते हैं जो वाहक जीवनकाल को गंभीर रूप से कम करते हैं। एक नींद संरचना के विपरीत, आमतौर पर एक पिन संरचना का उपयोग किया जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि ए-सी: एच में इलेक्ट्रॉनों की गतिशीलता छेद की तुलना में बड़े पैमाने पर 1 या 2 ऑर्डर होती है, और इस प्रकार एन-टू-पी-प्रकार संपर्क से चलने वाले इलेक्ट्रॉनों की संग्रह दर छेद से बेहतर हो जाती है पी- एन-प्रकार संपर्क। इसलिए, पी-प्रकार परत शीर्ष पर रखा जाना चाहिए जहां प्रकाश तीव्रता मजबूत है, ताकि जंक्शन को पार करने वाले चार्ज वाहक बहुसंख्यक इलेक्ट्रॉन हैं।

टेंडेम-सेल ए-सी / μc-Si का उपयोग कर
एक बहु-जंक्शन सौर सेल का उत्पादन करने के लिए असरदार सिलिकॉन की एक परत को सिलिकॉन के अन्य आलोट्रोपिक रूपों की परतों के साथ जोड़ा जा सकता है। जब केवल दो परतें (दो पीएन जंक्शन) संयुक्त होते हैं, तो इसे टंडेम-सेल कहा जाता है। इन परतों को एक-दूसरे के ऊपर ढेर करके, प्रकाश स्पेक्ट्रा की एक विस्तृत श्रृंखला अवशोषित होती है, जिससे सेल की समग्र दक्षता में सुधार होता है।

माइक्रोमोर्फस सिलिकॉन में, माइक्रोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन (μc-Si) की एक परत असंगत सिलिकॉन के साथ संयुक्त होती है, जो एक टंडेम सेल बनाती है। शीर्ष ए-सी परत दृश्य प्रकाश को अवशोषित करती है, अवरक्त भाग को नीचे μc-Si परत तक छोड़ देती है। माइक्रोमैर्फ स्टैक्ड-सेल अवधारणा को स्विट्ज़रलैंड के न्यूचटेल विश्वविद्यालय के माइक्रोटेक्नोलॉजी संस्थान (आईएमटी) में अग्रणी और पेटेंट किया गया था, और टीईएल सौर को लाइसेंस प्राप्त था। 12.24% मॉड्यूल दक्षता के साथ माइक्रोमैर्फ अवधारणा के आधार पर एक नया विश्व रिकॉर्ड पीवी मॉड्यूल स्वतंत्र रूप से जुलाई 2014 में प्रमाणित किया गया था।

चूंकि सभी परतें सिलिकॉन से बने हैं, इसलिए उन्हें पीईसीवीडी का उपयोग करके निर्मित किया जा सकता है। ए-सी का बैंड अंतर 1.7 ईवी है और सी-सी का 1.1 ईवी है। सी-सी परत लाल और अवरक्त प्रकाश को अवशोषित कर सकती है। ए-सी और सी-सी के बीच संक्रमण में सबसे अच्छी दक्षता हासिल की जा सकती है। चूंकि नैनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन (एनसी-सी) में सी-सी के समान बैंडगैप होता है, एनसी-सी सी-सी को प्रतिस्थापित कर सकता है।

टेंडेम-सेल ए-सी / पीसी-सी का उपयोग कर
असंगत सिलिकॉन को प्रोटोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन (पीसी-सी) के साथ एक टंडेम-सेल में भी जोड़ा जा सकता है। नैनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन के कम मात्रा वाले अंश के साथ प्रोटोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन उच्च खुले सर्किट वोल्टेज के लिए इष्टतम है। इन प्रकार के सिलिकॉन में लटकते हुए और मोड़ वाले बांड मौजूद होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप गहरे दोष (बैंडगैप में ऊर्जा के स्तर) के साथ-साथ वैलेंस और चालन बैंड (बैंड पूंछ) के विकृति भी होते हैं।

ग्लास पर पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन
पतली फिल्म उपकरणों के साथ थोक सिलिकॉन के फायदे को फ्यूज करने का एक नया प्रयास ग्लास पर पतली फिल्म पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन है। ये मॉड्यूल प्लाज़्मा-एन्हांस्ड रासायनिक वाष्प जमावट (पीईसीवीडी) का उपयोग करके बनावट वाले ग्लास सबस्ट्रेट्स पर एंटीयरफ्लेक्शन कोटिंग और डोप्ड सिलिकॉन जमा करके उत्पादित होते हैं। कांच में बनावट सौर सेल से प्रतिबिंबित घटना प्रकाश की मात्रा को कम करके और सौर सेल के अंदर प्रकाश को फँसाने से सेल की दक्षता को लगभग 3% तक बढ़ा देती है। सिलिकॉन फिल्म को एक एनीलिंग चरण, 400-600 सेल्सियस के तापमान से क्रिस्टलाइज किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन होता है।

ये नए उपकरण 8% की ऊर्जा रूपांतरण क्षमता और 90% की उच्च विनिर्माण उपज दिखाते हैं। ग्लास (सीएसजी) पर क्रिस्टलीय सिलिकॉन, जहां पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन 1-2 माइक्रोमेटर है, इसकी स्थिरता और स्थायित्व के लिए जाना जाता है; पतली फिल्म तकनीकों का उपयोग थोक फोटोवोल्टिक्स पर लागत बचत में भी योगदान देता है। इन मॉड्यूल को पारदर्शी संचालन ऑक्साइड परत की उपस्थिति की आवश्यकता नहीं होती है। यह उत्पादन प्रक्रिया को दो गुना आसान बनाता है; न केवल इस कदम को छोड़ दिया जा सकता है, लेकिन इस परत की अनुपस्थिति एक संपर्क योजना बनाने की प्रक्रिया को अधिक सरल बनाती है। इन दोनों सरलीकरणों से उत्पादन की लागत कम हो जाती है। वैकल्पिक डिजाइन के कई फायदों के बावजूद, प्रति यूनिट क्षेत्र के आधार पर उत्पादन लागत अनुमान दर्शाते हैं कि ये डिवाइस सिंगल-जंक्शन अमोर्फस पतली फिल्म कोशिकाओं की लागत में तुलनीय हैं।

गैलियम आर्सेनाइड
सेमीकंडक्टर सामग्री गैलियम आर्सेनाइड (GaAs) का भी सिंगल-क्रिस्टलीय पतली फिल्म सौर कोशिकाओं के लिए उपयोग किया जाता है। हालांकि GaAs कोशिकाएं बहुत महंगे हैं, फिर भी वे 28.8% पर उच्चतम दक्षता, सिंगल-जंक्शन सौर सेल के लिए विश्व रिकॉर्ड धारण करते हैं। स्पेस क्राफ्ट्स पर सौर पैनलों के लिए बहु-जंक्शन सौर कोशिकाओं में GaAs का अधिक उपयोग किया जाता है, क्योंकि उद्योग अंतरिक्ष-आधारित सौर ऊर्जा (आईएनजीएपी / (इन) GaAs / Ge कोशिकाओं) के लिए लागत से अधिक दक्षता का समर्थन करता है। इन्हें सांद्रता फोटोवोल्टिक्स में भी उपयोग किया जाता है, जो उभरती हुई तकनीक उन स्थानों के लिए उपयुक्त होती है जो बहुत अधिक सूर्यप्रकाश प्राप्त करते हैं, लेंस का उपयोग बहुत छोटे पर सूरज की रोशनी पर केंद्रित करने के लिए करते हैं, इस प्रकार कम महंगे गाएएस सांद्रता सौर कोशिका।

उभरती फोटोवोल्टिक्स
राष्ट्रीय नवीकरणीय ऊर्जा प्रयोगशाला (एनआरईएल) कई पतली फिल्म प्रौद्योगिकियों को उभरती हुई फोटोवोल्टिक्स के रूप में वर्गीकृत करती है- उनमें से अधिकतर अभी तक व्यावसायिक रूप से लागू नहीं हुई हैं और अभी भी अनुसंधान या विकास चरण में हैं। कई कार्बनिक पदार्थों का उपयोग करते हैं, अक्सर organometallic यौगिकों के साथ ही अकार्बनिक पदार्थ। इस तथ्य के बावजूद कि उनकी क्षमता कम थी और वाणिज्यिक अनुप्रयोगों के लिए अवशोषक सामग्री की स्थिरता अक्सर बहुत कम थी, इन तकनीकों में बहुत सारे शोध किए गए हैं क्योंकि वे कम लागत वाले, उच्च कुशलता के उत्पादन के लक्ष्य को प्राप्त करने का वादा करते हैं सौर कोशिकाएं।

उभरते फोटोवोल्टिक्स, जिन्हें अक्सर तीसरी पीढ़ी के फोटोवोल्टिक कोशिकाओं कहा जाता है, में शामिल हैं:

कॉपर जिंक टिन सल्फाइड सौर सेल (सीजेडटीएस), और सीजेडटीएसई और सीजेडटीएसई को व्युत्पन्न करता है
डाई-सेंसिटिज्ड सौर सेल, जिसे “ग्रेटज़ेल सेल” भी कहा जाता है
कार्बनिक सौर सेल
पेरोव्स्काइट सौर सेल
पॉलिमर सौर सेल
क्वांटम डॉट सौर सेल

विशेष रूप से पेरोव्स्काइट कोशिकाओं के शोध में उपलब्धियों को जनता में जबरदस्त ध्यान दिया गया है, क्योंकि उनकी शोध क्षमता हाल ही में 20 प्रतिशत से ऊपर बढ़ी है। वे कम लागत वाले अनुप्रयोगों का विस्तृत स्पेक्ट्रम भी प्रदान करते हैं। इसके अलावा, एक और उभरती हुई तकनीक, सांद्रता फोटोवोल्टिक्स (सीपीवी), ऑप्टिकल लेंस और ट्रैकिंग सिस्टम के संयोजन में उच्च कुशल, बहु-जंक्शन सौर कोशिकाओं का उपयोग करती है।

क्षमता
दक्षता में वृद्धि में सुधार 1 9 54 में पहले आधुनिक सिलिकॉन सौर सेल के आविष्कार के साथ शुरू हुआ। 2010 तक इन स्थिर सुधारों के परिणामस्वरूप मॉड्यूल 12 से 18 प्रतिशत सौर विकिरण को बिजली में परिवर्तित करने में सक्षम थे। दक्षता में सुधार 2010 के बाद से वर्षों में तेजी से बढ़ रहा है, जैसा कि चार्ट के साथ दिखाया गया है।

नई सामग्रियों से बने कोशिकाएं थोक सिलिकॉन की तुलना में कम कुशल होती हैं, लेकिन उत्पादन के लिए कम महंगी होती हैं। प्रति घटना फोटॉन के एकत्रित चार्ज वाहक की कम संख्या के कारण उनकी क्वांटम दक्षता भी कम है।

पतली फिल्म सामग्री का प्रदर्शन और क्षमता उच्च है, 12-20% की सेल क्षमता तक पहुंच रही है; 7-13% की प्रोटोटाइप मॉड्यूल क्षमता; और 9% की सीमा में उत्पादन मॉड्यूल। सबसे अच्छी दक्षता वाला पतला फिल्म सेल प्रोटोटाइप 20.4% (प्रथम सौर) उत्पन्न करता है, जो पैनासोनिक से 25.6% की सर्वोत्तम पारंपरिक सौर सेल प्रोटोटाइप दक्षता के बराबर है।

एनआरईएल एक बार [कब?] ने भविष्यवाणी की थी कि वॉल्यूम उत्पादन में लागत $ 100 / एम 2 से नीचे गिर जाएगी, और बाद में $ 50 / एम 2 से नीचे गिर सकती है।

दुनिया की सबसे बड़ी सीआईएस सौर ऊर्जा प्रदाता सौर सीमावर्ती द्वारा 22.3% की पतली फिल्म सौर सेल दक्षता के लिए एक नया रिकॉर्ड हासिल किया गया है। जापान के नए ऊर्जा और औद्योगिक प्रौद्योगिकी विकास संगठन (एनईडीओ) के साथ संयुक्त शोध में, सौर फ्रंटियर ने सीआईएस प्रौद्योगिकी का उपयोग कर 0.5 सेमी 2 सेल पर 22.3% रूपांतरण दक्षता हासिल की। यह 21.7% के उद्योग के पिछले पतली फिल्म रिकॉर्ड पर 0.6 प्रतिशत अंक की वृद्धि है।

अवशोषण
कोशिका में प्रवेश करने वाली रोशनी की मात्रा बढ़ाने और अवशोषण के बिना बचने वाली राशि को कम करने के लिए कई तकनीकों को नियोजित किया गया है। सबसे स्पष्ट तकनीक सेल सतह के शीर्ष संपर्क कवरेज को कम करने के लिए है, जो उस क्षेत्र को कम करता है जो प्रकाश तक पहुंचने से प्रकाश को अवरुद्ध करता है।

कमजोर अवशोषित लंबी तरंग दैर्ध्य प्रकाश को सिलिकॉन में आंशिक रूप से जोड़ा जा सकता है और अवशोषण को बढ़ाने के लिए फिल्म को कई बार घुमाता है।

सेल सतह से दूर होने वाली घटना फोटोनों की संख्या को कम करके अवशोषण को बढ़ाने के लिए कई विधियों का विकास किया गया है। एक अतिरिक्त एंटी-रिफ्लेक्टिव कोटिंग सतह कोटिंग के अपवर्तक सूचकांक को संशोधित करके सेल के भीतर विनाशकारी हस्तक्षेप का कारण बन सकती है। विनाशकारी हस्तक्षेप प्रतिबिंबित लहर को समाप्त करता है, जिससे सभी घटना प्रकाश कोशिका में प्रवेश करने के लिए प्रकाश डालते हैं।

भूतल बनावट अवशोषण बढ़ाने के लिए एक और विकल्प है, लेकिन लागत बढ़ जाती है। सक्रिय सामग्री की सतह पर एक बनावट लागू करके, प्रतिबिंबित प्रकाश को फिर से सतह पर हमला करने में अपवर्तित किया जा सकता है, इस प्रकार प्रतिबिंब को कम किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी (आरआईई) द्वारा काले सिलिकॉन टेक्सचरिंग अवशोषण को बढ़ाने के लिए एक प्रभावी और आर्थिक दृष्टिकोण है पतली फिल्म सिलिकॉन सौर कोशिकाओं। एक बनावट बैकफ्लेक्टर प्रकाश के पीछे से बचने से प्रकाश को रोक सकता है।

सतह बनावट के अलावा, प्लसोनिक लाइट-फ्लाईपिंग स्कीम ने पतली फिल्म सौर कोशिकाओं में फोटोकुरेंट एन्हांसमेंट की सहायता के लिए बहुत ध्यान आकर्षित किया। यह विधि महान धातु नैनोकणों में उत्तेजित मुक्त इलेक्ट्रॉनों के सामूहिक उत्सर्जन का उपयोग करती है, जो आसपास के माध्यम के कण आकार, आकार और ढांकता हुआ गुणों से प्रभावित होती हैं।

प्रतिबिंबित हानि को कम करने के अलावा, सौर सेल सामग्री को अनुकूलित किया जा सकता है ताकि इसे प्राप्त करने वाले फोटॉन को अवशोषित करने का उच्च अवसर हो। थर्मल प्रसंस्करण तकनीक सिलिकॉन कोशिकाओं की क्रिस्टल गुणवत्ता में काफी वृद्धि कर सकती है और इस प्रकार दक्षता में वृद्धि कर सकती है। एक बहु-जंक्शन सौर सेल बनाने के लिए पतली फिल्म कोशिकाओं को लेयरिंग भी किया जा सकता है। प्रत्येक परत के बैंड अंतराल को तरंगदैर्ध्य की एक अलग श्रृंखला को सर्वोत्तम रूप से अवशोषित करने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है, जैसे कि वे प्रकाश के अधिक स्पेक्ट्रम को अवशोषित कर सकते हैं।

ज्यामितीय विचारों में आगे की प्रगति नैनोमटेरियल आयाम का फायदा उठा सकती है। बड़े, समांतर नैनोवायर सरणी रेडियल दिशा के साथ लघु अल्पसंख्यक वाहक प्रसार की लंबाई को बनाए रखते हुए तार की लंबाई के साथ लंबी अवशोषण लंबाई सक्षम करती हैं। नैनोवायर के बीच नैनोकणों को जोड़ना चालन की अनुमति देता है। इन सरणी की प्राकृतिक ज्यामिति एक बनावट वाली सतह बनाती है जो अधिक हल्की जाल डालती है।

उत्पादन, लागत और बाजार
हाल के वर्षों में पारंपरिक क्रिस्टलीय सिलिकॉन (सी-सी) प्रौद्योगिकी में प्रगति के साथ, और पॉलिसिलिकॉन फीडस्टॉक की गिरती लागत, जो वैश्विक वैश्विक कमी की अवधि के बाद हुई, वाणिज्यिक पतली फिल्म प्रौद्योगिकियों के निर्माताओं पर दबाव बढ़ गया, जिसमें असंगत पतली -फिल्म सिलिकॉन (ए-सी), कैडमियम टेल्यराइड (सीडीटीई), और तांबे इंडियम गैलियम डिसेलेनाइड (सीआईजीएस), जो कई कंपनियों के दिवालिया होने की ओर अग्रसर है। 2013 तक, पतली फिल्म निर्माताओं को सिलिकॉन के चीनी रिफाइनर और पारंपरिक सी-सी सौर पैनलों के निर्माताओं से मूल्य प्रतिस्पर्धा का सामना करना जारी रखा जाता है। कुछ पेटेंट्स के साथ कुछ कंपनियां लागत से नीचे चीनी फर्मों को बेची गईं।

बाजार में हिस्सेदारी
2013 में पतली फिल्म प्रौद्योगिकियों ने दुनिया भर में तैनाती के लगभग 9 प्रतिशत हिस्सेदारी का योगदान दिया, जबकि 91 प्रतिशत क्रिस्टलीय सिलिकॉन (मोनो-सी और बहु-सी) द्वारा आयोजित किया गया था। कुल बाजार का 5 प्रतिशत के साथ, सीडीटी में पतली फिल्म बाजार के आधे से अधिक हिस्सेदारी है, जो प्रत्येक सीआईजीएस और असफ़ल सिलिकॉन में 2 प्रतिशत छोड़ देती है।

सीआईजीएस प्रौद्योगिकी
हाल के वर्षों की पारंपरिक सी-सी प्रौद्योगिकी में प्रगति के कारण कई प्रमुख निर्माता दबाव नहीं खड़े हो सकते थे। कंपनी सोलेंडर ने सभी व्यावसायिक गतिविधियों को बंद कर दिया और 2011 में अध्याय 11 दिवालियापन के लिए दायर किया, और सीआईजीएस निर्माता नैनोसोलर ने 2013 में अपने दरवाजे बंद कर दिए। हालांकि दोनों कंपनियों ने सीआईजीएस सौर कोशिकाओं का उत्पादन किया, लेकिन यह बताया गया है कि विफलता देय नहीं थी प्रौद्योगिकी के लिए बल्कि कंपनियों की वजह से, एक दोषपूर्ण वास्तुकला का उपयोग करना, उदाहरण के लिए, सोलेंद्र के बेलनाकार सबस्ट्रेट्स। 2014 में, कोरियाई एलजी इलेक्ट्रॉनिक्स ने अपने सौर व्यापार को पुनर्गठित करने के सीआईजीएस पर शोध समाप्त कर दिया, और सैमसंग एसडीआई ने सीआईजीएस उत्पादन को समाप्त करने का फैसला किया, जबकि चीनी पीवी निर्माता हनर्जी से 15.5% कुशल, 650 मिमी × 1650 मिमी सीआईजीएस की उत्पादन क्षमता बढ़ाने की उम्मीद है। मॉड्यूल। सीआई (जी) एस फोटोवोल्टिक्स के सबसे बड़े उत्पादकों में से एक जापानी कंपनी सौर फ्रंटियर है जो गीगावाट-स्केल में विनिर्माण क्षमता के साथ है। (सीआईजीएस कंपनियों की सूची भी देखें)।

सीडीटी प्रौद्योगिकी
सीडीटी के अग्रणी निर्माता कंपनी फर्स्ट सोलर, कैलिफोर्निया रेगिस्तान में डेजर्ट सनलाइट सौर फार्म और टॉपज सौर फार्म जैसे दुनिया के सबसे बड़े सौर ऊर्जा स्टेशनों का निर्माण कर रहे हैं, साथ ही 550 मेगावॉट क्षमता के साथ-साथ साथ ही साथ ऑस्ट्रेलिया में 102 मेगावाट नैनगन सौर संयंत्र, दक्षिणी गोलार्ध में सबसे बड़ा पीवी पावर स्टेशन, 2015 में शुरू हुआ।
2011 में, जीई ने एक नए सीडीटी सौर सेल संयंत्र पर $ 600 मिलियन खर्च करने की योजना की घोषणा की और इस बाजार में प्रवेश किया, और 2013 में, प्रथम सौर ने जीई की सीडीटी पतली फिल्म बौद्धिक संपदा पोर्टफोलियो खरीदी और एक व्यापार साझेदारी बनाई। 2012 में कैडमियम टेल्यराइड मॉड्यूल के निर्माता अबाउंड सौर, दिवालिया हो गए।

ए-सी प्रौद्योगिकी
2012 में, ईसीडी सौर, दुनिया के अग्रणी निर्माता अमोर्फस सिलिकॉन (ए-सी) प्रौद्योगिकी में से एक, मिशिगन, संयुक्त राज्य अमेरिका में दिवालियापन के लिए दायर किया गया। स्विस ओसी ओरर्लिकॉन ने अपने सौर विभाजन को विभाजित किया जिसने टोक्यो इलेक्ट्रॉन लिमिटेड को ए-सी / μc-Si टंडेम कोशिकाओं का उत्पादन किया। 2014 में, जापानी इलेक्ट्रॉनिक्स और अर्धचालक कंपनी ने अपने माइक्रोमैर्फ प्रौद्योगिकी विकास कार्यक्रम को बंद करने की घोषणा की। “माइक्रोमैर्फ” असरदार परत (ए-सी / μ-Si) के ऊपर एक माइक्रोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन परत का उपयोग कर सौर टंडेम सेल के लिए व्यावसायिक नाम था।
असंगत सिलिकॉन पतली फिल्म बाजार छोड़ने वाली अन्य कंपनियों में ड्यूपॉन्ट, बीपी, फ्लेक्ससेल, इनवेंटक्स, प्रामाक, शूको, सेनेसेरा, ईपीवी सौर, नोवासोलर (पूर्व में ऑप्टिओलर) और सनटेक पावर शामिल हैं जो पारंपरिक रूप से ध्यान केंद्रित करने के लिए 2010 में ए-सी मॉड्यूल का निर्माण बंद कर देते हैं। सिलिकॉन सौर पैनलों। 2013 में, सनटेक ने चीन में दिवालियापन के लिए दायर किया। अगस्त 2013 में, पतली फिल्म ए-सी और ए-सी / μ-Si की स्पॉट मार्केट कीमत प्रति वाट (क्रमशः $ 0.50 और $ 0.60) प्रति क्रमशः € 0.36 और € 0.46 तक गिर गई।