சூரிய மின்கலம்

சூரிய மின்கலம் (solar cell), அல்லது ஒளிமின்னழுத்தக்கலம் (photovoltaic cell) என்பது ஒளி ஆற்றலை நேரடியாக ஒளிமின் விளைவால் (photoelectric effect) மின் ஆற்றலாக மாற்றும் மின் சாதனம் ஆகும். ஒளிமின் விளைவு இயற்பியலும் வேதியியலும் ஒருங்கிணைந்த நிகழ்வாகும். ஒளிமின்கலம் (photoelectric cell) என்பது ஒளி படும்போது மின் இயல்புகளாகிய மின்னோட்டம், மின்னழுத்தம் அல்லது மிந்தடை ஆகியவற்றை மாற்றும் சாதனமாகும். இதன்படி சூரிய மின்கலமும் ஒருவகை ஒளிமின்கலமாகும். இவை சூரியப் பலகங்களின் (solar panel) அடிப்படை உறுப்புகள் ஆகும். சூரியப் பலகங்களை ஒளிமின்னழுத்த பெட்டகங்கள் (photovoltaic module) என்றும் கூறுவர். மேல் படும் ஒளி சூரிய ஒளியாயினும் அல்லது செயற்கை ஒளியாயினும் இந்தக்கலங்கள் ஒளிமின்னழுத்தக்கலங்கள் என்றே கூறப்படும்.

வழக்கமான ஒற்றைப் படிக மணலகச் சூரியக் கலம். மின் தொடுகைகள் பெரிய பட்டைகளாக உள்ளன. விரல்கள் மணலகச் சீவலிலேயே அச்சிடப்பட்டுள்ளன.

இவற்றை மின்னாற்றல் உற்பத்தி செய்வது தவிர, ஒளியையும் மற்ற மின்காந்தக் கதிர்வீச்சுகளையும் (உதாரணத்திற்கு அகச்சிவப்புக் கதிரை (infrared)) கண்டுபிடிக்கும் ஒளி பிரித்தறுவியாகவும் (photodetector) பயன்படுத்தலாம். இது தவிர ஒளிமின்னழுத்தக்கலத்தை ஒளிச்செறிவை (light intensity) அளவிட்டுக் கண்டுகொள்ளவும் உபயோகப்படுத்தலாம்.

ஒளிமின்கல இயக்கத்துக்கு கீழ்வரும் மூன்று இயற்பண்புகள் தேவை:

• ஒளியை உறிஞ்சி அதன் மூலம், மின்-துளை இணையையோ (electron-hole pair) அல்லது கிளரணுக்களையோ (excitons) உருவாக்கல்.
• எதிர்வகை மின்னூட்ட ஊர்திகளத் தனியாகப் பிரித்தல்.
• பிரித்தெடுக்கப்பட்ட இந்த மின்னூட்ட ஊர்திகளை புறச் சுற்றமைவுக்குக் கொண்டுசெல்லல்.

இதற்கு மாறாக, சூரிய வெப்பந் திரட்டி (solar thermal collector) சூரிய ஒளியை உள்ளீர்த்து, நேரடியாக வெப்பத்திற்காகவோ அல்லது மறைமுகமாக மின்னாக்கம் உற்பத்தி செய்வதற்காகவோ, பயன் படுத்துகிறது. மேலும், "ஒளிமின்பகுகலம்" "(photoelectrolytic cell)" (ஒளிமின் வேதியியல் கலம் (photoelectrochemical cell)) என்பது சூரிய ஒளியூட்டத்தால் நீரை நீரியமாகவும் (Hydrogen) உயிரியமாகவும் (Oxygen) பிரிக்கும் அமைப்பையோ அல்லது எட்மண்டு பெக்கரல் (Edmond Becqurel) உருவாக்கிய ஒரு வகையான ஒளிமின்கலத்தையோ குறிக்கிறது.

பயன்பாடுகள்

சூரியக்கலம் முதல் ஒளிமின் திறன் அமைப்பு வரை. ஒளிமின் திறன் அமைப்பின் விளக்கப்படம்

சூரிய மின்கலங்களின் வரலாறு

"photovoltaic" என்ற சொல்லானது கிரேக்க சொற்களான "ஒளி" என்ற பொருளுடைய φῶς (phōs ) மற்றும் மின்சாரம் என்ற பொருளுடைய "வோல்டாயிக்" ஆகியவற்றிலிருந்து உருவானதாகும், வோல்டாயிக் என்ற சொல் இத்தாலிய இயற்பியலாளர் வோல்டா அவர்களின் பெயரிலிருந்து உருவானது, மின்னூக்க விசையின் அலகான வோல்ட் என்பது அவரின் நினைவாக வைக்கப்பட்ட பெயரே ஆகும். "photo-voltaic" என்ற சொல் 1843 ஆம் ஆண்டிலிருந்து ஆங்கிலத்தில் பயன்படுத்தப்பட்டுவருகிறது.

ஒளி மின்னழுத்த விளைவு முதன் முதலில் 1839 ஆம் ஆண்டில் பிரெஞ்சு இயற்பியலாளர் ஏ. ஈ. பெக்கோரல் என்பவரால் கண்டறியப்பட்டது. இருப்பினும், சார்லஸ் ஃப்ரிட்ஸ் அவர்களால் 1883 ஆம் ஆண்டில் முதல் சூரிய மின்கலம் உருவாக்கப்படும் வரை அது கண்டறியப்படவில்லை. அவர் குறைக்கடத்தி செலினியத்தை மிகவும் மெல்லிய தங்க பூச்சினால் மேலமைத்து சந்திப்புகளை உருவாக்கினார். அந்த சாதனமானது சுமார் 1% மட்டுமே செயல்திறனுடையதாக இருந்தது. அதைத் தொடர்ந்து ரஷ்ய இயற்பியலாளர் அலெக்சாண்டர் ஸ்டோலெட்டோவ் வெளி ஒளிமின் விளைவை (1887 ஆம் ஆண்டில் ஹென்றிச் ஹெர்ட்ஸ் அவர்களால் கண்டுபிடிக்கப்பட்டது) அடிப்படையாகக் கொண்டு முதல் சூரிய மின்கலத்தை உருவாக்கினார். ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டீன் 1905 ஆம் ஆண்டில் ஒளிமின் விளைவை விளக்கினார். அதற்காக அவருக்கு 1921 ஆம் ஆண்டில் இயற்பியலுக்கான நோபல் பரிசு வழங்கப்பட்டது. ரஸ்ஸல் ஓல் 1946 ஆம் ஆண்டில் நவீன சந்திப்பு குறைக்கடத்தி மின்கலத்திற்கான காப்புரிமை பெற்றார், அது டிரான்சிஸ்டர் உருவாக்கத்திற்கு வழிவகுக்கக்கூடிய தொடர் செயல்கள் தொடர்பாக பணிபுரிந்துகொண்டிருந்த போது கண்டுபிடிக்கப்பட்டது.

சூரிய ஆற்றல் தொழில்நுட்பத்தின் நவீன யுகம் 1954 ஆம் ஆண்டில் தொடங்கியது, அப்போது பெல் ஆய்வகம் குறைக்கடத்திகளைக் கொண்டு பரிசோதனைகளில் ஈடுபட்டுக்கொண்டிருக்கும் போது, சில மாசுக்கள் கலக்கப்பட்ட சிலிக்கானானது ஒளியுணர்தன்மை அதிகம் கொண்டிருப்பதை தற்செயலாகக் கண்டுபிடித்தது. டேரில் சாப்பின் பெல் ஆயவகத்தின் சக பணியாளர்களான கால்வின் ஃபுல்லர் மற்றும் ஜெரால்ட் பீர்சன் ஆகியோருடன் இணைந்து, சூரிய ஒளியை பயன்மிக்க மின் சக்தியாக மாற்றக்கூடிய முதல் நடைமுறைச் சாதனத்தை உருவாக்கினார். இதன் விளைவாக சுமார் 6% செயல்திறனுள்ள சூரிய ஒளியிலிருந்து ஆற்றலை உருவாக்கும் அமைப்புகள் உருவாக்கப்பட்டன.சூரிய பேட்டரிக்கான செயல்விளக்கம் முதன் முதலில் 1954 ஆம் ஆண்டு ஏப்ரல் 25 அன்று வழங்கப்பட்டது. 1958 ஆம் ஆண்டு மார்ச் மாதத்தில் செலுத்தப்பட்ட அமெரிக்க செயற்கைக்கோளான வான்கார்டு 1 என்பதே முதல் விண்கலமாகும். அதற்கான சூரிய மின்கலங்கள் ஹாஃப்மேன் எலக்ட்ரானிக்ஸ் நிறுவனத்தால் உருவாக்கப்பட்டன. ஒரு மைல்கல்லாக அமைந்த இந்த நிகழ்ச்சி, சூரிய ஆற்றலிலிருந்து தேவையான மின்னாற்றலைப் பெற்று நிலையாகப் பொருத்தப்பட்ட நிலையில் இயங்கும் தகவல்தொடர்பு செயற்கைக்கோள்களை உருவாக்கி விண்ணில் செலுத்தும் ஆர்வத்தை உருவாக்கியது. இதுவே, பல அரசாங்கங்களை மேம்பட்ட சூரிய மின்கலங்கள் தொடர்பான ஆராய்ச்சிக்கு நிதி உதவி வழங்கத் தூண்டிய முக்கியமான முன்னேற்றமாகும்.

1970 ஆம் ஆண்டில் அதிக செயல்திறன் வாய்ந்த முதல் GaAs கலப்புக்கட்டமைப்புத் தன்மை கொண்ட சூரிய மின்கலங்களை ஜோர்ஸ் ஆல்ஃபெரோ மற்றும் அவரது குழுவினர் USSR இல் உருவாக்கினர். மெட்டல் ஆர்கானிக் கெமிக்கல் வேப்பர் டெப்பாசிஷன் (MOCVD அல்லது OMCVD) தயாரிப்பு உபகரணமானது 1980களின் முற்பகுதி வரை உருவாக்கப்படவில்லை, இதனால் GaAs சூரிய மின்கலத்தை உருவாக்குவதற்கான நிறுவனங்களின் திறன் குறைவாக இருந்தது. அமெரிக்காவில், முதல் 17% செயல்திறனுள்ள காற்று நிறை பூச்சியம் கொண்ட (AM0) ஒற்றை சந்தி GaAs சூரிய மின்கலங்கள், 1988 ஆம் ஆண்டில் உற்பத்தி அளவீடுகளில் அப்ளைடு சோலார் எனர்ஜி கார்ப்பரேஷன் (ASEC) நிறுவனத்தால் உருவாக்கப்பட்டன. "இரட்டைச் சந்தி" மின்கலமானது ASEC நிறுவனம், GaAs அடிமூலக்கூறிலிருந்த GaAs இலிருந்து GaAs ஜெர்மானிய (Ge) அடிமூலக்கூறாக மாற்ற மேற்கொண்ட செயலாக்கத்தின் விளைவாக 1989 ஆம் ஆண்டில் உற்பத்தி அளவீடுகளில் தற்செயலாக உருவாக்கப்பட்டது. GaAs தாங்கல் அடுக்குடன் தற்செயலாக செய்யப்பட்ட Ge இன் மாசுக்கலப்பினால் உயர் திறந்த சுற்று மின்னழுத்தங்களை உருவாக்கியது, இதிலிருந்து Ge அடிமூலக்கூறை மற்றொரு மின்கலமாகப் பயன்படுத்துவதற்கான சாத்தியக்கூறு கண்டறியப்பட்டது. GaAs ஒற்றை-சந்தி மின்கலங்கள் 1993 ஆம் ஆண்டில் 19% AM0 உற்பத்தி செயல்திறனை அடைந்திருந்த்தால், ASEC நிறுவனம் அமெரிக்காவில் விண்கலங்களில் பயன்படுத்துவதற்கான முதல் இரட்டைச் சந்தி மின்கலங்களை உருவாக்கியது, அவற்றின் செயல்திறன் சுமார் 20% இலிருந்து தொடங்கியது. இந்த மின்கலங்கள் Ge ஐ இரண்டாம் நிலை மின்கல்மாகப் பயன்படுத்தவில்லை, ஆனால் மற்றொரு GaAs-அடிப்படையிலான மின்கலத்தைப் பயன்படுத்தின. அதன் விளைவாக சுமார் 22% செயல்திறனுடன் கூடிய விதத்திலான GaAs இரட்டைச் சந்தி மின்கலங்கள் உற்பத்திக்கு வந்தன. முச்சந்தி சூரிய மின்கலங்களின் AM0 தொடக்க செயல்திறன் தோராயமாக 2000 ஆம் ஆண்டில் 24%, 2002 ஆம் ஆண்டில் 26%, 2005 ஆம் ஆண்டில் 28% மற்றும் 2007 ஆம் ஆண்டில் 30% என்ற அளவிலான AM0 உற்பத்தி செயல்திறனை அடைந்தன, தற்போது தகுதிசெயலாக்கத்தில் உள்ளது.

பல சந்தி சூரிய மின்கலங்களுக்கான செயல்திறன் பற்றிய சமீபத்திய உலக சாதனைகள் பற்றிய விவரங்கள் சாதனைகள் பிரிவில் விவாதிக்கப்பட்டுள்ளன.

உயர்-செயல்திறன் மின்கலங்கள்

விழுகின்ற சூரிய திறன் அலகு ஒன்றுக்கு (watt/watt) அதிக மின்சாரத்தை உருவாக்கும் திறன் கொண்ட உயர்-செயல்திறன் சூரிய மின்கலங்கள் ஒரு வகை சூரிய மின்கலங்களாகும். தொழிற்துறையின் பெரும்பகுதி அதிக விலைத் திறன் கொண்ட தொழில்நுட்பங்களிலேயே அதிக கவனம் செலுத்தின, அவை இதனை உருவாக்கப்பட்ட ஓரலகு திறனுக்கான விலை எவ்வளவு என்ற அடிப்படையில் கணக்கிடுகின்றன. (பெரும்பாலான செலவுகள் உருவாக்கப்படும் ஓரலகு மின் திறனுக்குத் தேவைப்படும் பரப்பைப் பொறுத்தே மாறுவதால்) செயல்திறனை அதிகரிப்பதும் உருவாக்கப்படும் ஓரலகு மின் திறனுக்கான செலவைக் குறைப்பதுமே ஒளிமின்னழுத்த மின்சாரத்தின் செலவைக் குறைக்க மேற்கொள்ளப்பட்ட இரண்டு முக்கிய உத்திகளாகும். பிந்தைய அணுகுமுறையானது குறைக்கப்பட்ட செயல்திறனின் செலவுக்கு அருகாமையிலானதாக இருக்கலாம், ஆகவே ஒளிமின்னழுத்த மின்சாரத்தின் ஒட்டுமொத்த செலவானது சூரிய மின்கலங்களின் செலவைக் குறைப்பதன் மூலமாகக் குறையும் என்ற அவசியம் இல்லை. ஒளிமின்னழுத்த செயல்திறனை அதிகரிப்பது என்பது அதீத ஆர்வத்தைப் பொறுத்தது, அதைச் சாதிக்க கல்வித் துறை மற்றும் பொருளாதாரக் கண்ணோட்டம் ஆகிய இரு புறங்களிலிருந்தும் தேவையான ஆர்வம் இருக்க வேண்டும். பல குழுக்கள் உயர் செயல்திறனுள்ளவற்றுக்கான சாத்தியக்கூறு உள்ளதெனக் கூறும் விதத்திலான பல வெளியீடுகளை வெளியிட்டுள்ளன, அவை பல கருத்தியல் சூழ்நிலைகளின் கீழ் ஒளியியல் அளவீடுகள் பலவற்றை மேற்கொண்ட பின்னர் வெளியிடப்பட்டன. மதிப்பீடு செய்யப்பட வேண்டிய அடிப்படை அளவுருக்கள் குறுக்குச் சுற்று மின்சாரம் மற்றும் திறந்த சுற்று மின்னழுத்தமும் ஆகும் என்பதால், செயல்திறனானது உண்மை சூழ்நிலைகளின் கீழ் அளவிடப்பட வேண்டும்.

வலப்புறம் உள்ள வரைபடமானது விளக்குகிறது பல்வேறு பொருள்கள் மற்றும் தொழில்நுட்பங்களுக்குக் கிடைக்கப்பெற்ற சிறந்த ஆய்வக முடிவுகளை விளக்குகின்றன, இது பொதுவாக மிகச் சிறிய அதாவது ஒரு சதுர செ.மீ. கலங்களில் செய்யப்படுகிறது. வணிக ரீதியான செயல்திறன்கள் குறிப்பிடத்தக்க அளவு இன்னும் குறைவானவை.

சூரிய மின்கல ஆற்றல் மாற்ற செயல்திறன்களின் பதிவு செய்யப்பட்ட காலக்கோடு (நேஷனல் ரிநியூவபிள் எனர்ஜி லெபாரட்டரியிலிருந்து (USA)

பதிவு செய்யப்பட்ட செயல்திறன்கள்

பல-சந்தி சூரிய மின்கலங்கள்

பல சந்தி சூரிய மின்கலங்களுக்கான பதிவு விவாதத்திற்குரியதாக உள்ளது. யுனிவெர்சிட்டி ஆஃப் டிலாவேர், ஃப்ரன் ஹோஃபர் இன்ஸ்டிடியூட் ஃபார் சோலார் எனர்ஜி சிஸ்டெம்ஸ் மற்றும் NREL ஆகியோரின் குழுக்கள் முறையே 42.8, 41.1 மற்றும் 40.8% என்ற சாதனைகளைப் பதிவு செய்தன. NREL பிற செயல்படுத்தல்கள் தரநிலையாக்கப்பட்ட சோதனைகளுக்கு உட்படுத்தப்படவில்லை என கூறுகிறது, யுனிவெர்சிட்டி ஆஃப் டிலாவேரின் பணித்திட்டத்தை எடுத்துக்கொண்டால், அது முழுவதுமாக கட்டமைக்கப்படாத ஒரு பேனலின் கருத்தியல் ரீதியான செயல்திறன்களை மட்டுமே விளக்குகிறது. உலகின் மூன்று ஆய்வகங்களில் செல்லுபடியாகக்கூடிய சோதனைகளைச் செய்யக்கூடிய திறன் அவர்களுக்கு மட்டுமே உள்ளதாக NREL கூறுகிறது, இருப்பினும் ஃப்ரன் ஹோஃபர் இன்ஸ்டிடியூட்டிலும் இம்மூன்று வசதிகளும் உள்ளன.

மென்படலச் சூரிய மின்கலங்கள்

2002 ஆம் ஆண்டில், CdTe மென்படலச் சூரிய மின்கலங்களுக்கான பதிவு செய்யப்பட்ட செயல்திறமை 18% ஆகும், இந்தச் சாதனை செஃபீல்டு ஆல்லெம் பல்கலைகழகத்தால் நிகழ்த்தப்பட்டது, இருப்பினும் வெளிப்புறச் சோதனை ஆய்வகத்தினால் இன்னும் இது உறுதி செய்யப்படவில்லை.

அமெரிக்கத் தேசிய புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் ஆராய்ச்சி மையம் NREL, காப்பர் இண்டியம் காலியம் செலனைடு மென்படலச் சூரிய மின்கலங்களில் 19.9% செயல்திறமையை அடைந்தது, அது CIGS (CIGS சூரிய மின்கலங்கள் என்பதையும் காண்க) என்றும் அழைக்கப்படுகிறது. இந்த CIGS படலங்கள், மூன்று படிநிலைகளைக்கொண்ட இணை-ஆவியாதல் செயலாக்கத்தில், இயற்பியல் ஆவிப் படிதல் முறையில் உருவாக்கப்பட்டுள்ளன. இந்த செயலாக்கத்தின் முதல் படிநிலையில் In, Ga மற்றும் Se ஆகியவை ஆவியாக்கப்படுகின்றன, இரண்டாவது படிநிலையில் Cu மற்றும் Se ஆகியவற்றின் இணை-ஆவியாதல் தொடர்கிறது. மூன்றாவது படிநிலையில் யில் In, Ga மற்றும் Se ஆகியவற்றின் ஆவியாதலினால் அது முடிக்கப்படுகிறது.

மென்படலச் சூரிய மின்கலங்கள் சுமார் 15% சந்தைப்பகிர்வையும் பிற கிரிஸ்டலின் சிலிக்கான்கள் 85% ஐயும் கொண்டுள்ளன. சூரிய மின்கல மென்படலங்களில் பெரும்பாலான வணிகமுறை உற்பத்தி CdTe ஐக் கொண்டே செய்யப்படுகிறது, அதன் செயல்திறமை 11% ஆக உள்ளது.

கிறிஸ்டலின் சிலிக்கான்

சிலிக்கானிலான அதிகபட்ச செயல்திறன் மோனோகிரிஸ்டலின் மின்கலங்களில் அடையப்பெற்றிருக்கின்றன. அதிகபட்ச வணிக ரீதியான செயல்திறன் (22%) சன்பவரின் மூலமே பெறப்படுகிறது. யுனிவெர்சிட்டி ஆஃப் சௌத் வேல்ஸ் ஆய்வகத்தில் மோனோகிரிஸ்டலின் சிலிக்கானினில் 25% செயல்திறனை அடைந்துள்ளது.. கிரிஸ்டலின் சிலிக்கான் சாதனங்கள் கருத்தியல் ரீதியான கட்டுப்பட்ட செயல்திறனான 29% மற்றும் 1-2 ஆண்டுகள் ஆற்றல் வழங்குக் காலத்தைக் கொண்டதாக இருந்தன.

பயன்பாடுகளும் செயல்படுத்தல்களும்

பாலிகிரிஸ்டலின் ஒளிமின்னழுத்த மின்கலங்கள், ஒரு மாட்யுலில் பின்புற பொருளில் லேமினேட் செய்யப்பட்டுள்ளது

பாலிகிரிஸ்டலின் ஒளிமின்னழுத்த மின்கலங்கள்

சூரிய மின்கலங்கள் பெரும்பாலும் மின்சார ரீதியாக இணைக்கப்பட்டு ஒவ்வொரு மாட்யுலாக தொகுக்கப்படுகின்றன. ஒளிமின்னழுத்த மாட்யுல்களில் பெரும்பாலும் முன் புறத்தில் (சூரியனை நோக்கி உள்ள பக்கத்தில்), ஒரு கண்ணாடி ஷீட் இருக்கும், அந்த ஷீட் சூரிய ஒளியை ஊடுருவ அனுமதிப்பதோடு, குறைக்கடத்தி மென் அட்டைகளை பிற பொருள்கள் (மழை, ஆலங்கட்டி மழை போன்றவை) பாதிக்காத படி காக்கிறது. சூரிய மின்கலங்கள் வழக்கமாக தொடரிணைப்புகளாக மாட்யுல்களில் இணைக்கப்படுகின்றன, இதனால் ஓர் கூடுதல் பண்புடைய மின்னழுத்தம் உருவாக்கப்படுகிறது. மின்கலங்களை இணை சுற்றில் இணைத்தால் அதிக மின்சாரம் கிடைக்கப்பெறும். பின்னர் மாட்யுல்கள் ஒன்றுக்கொன்று இணைக்கப்படுகின்றன, அவை தொடரிணைப்பிலோ அல்லது இணை இணைப்பிலோ இணைக்கப்பட்டு ஒரு அணி வரிசையை உருவாக்குகின்றன, அதில் நாம் விரும்பும் உச்ச DC மின்னழுத்தம் மற்றும் மின்னோட்டம் கிடைக்கும் படி அமைக்கப்படுகிறது.

ஒரு சூரிய அணிவரிசையின் திறன் வெளியீடானது வாட்வினாடி அல்லது கிலோவாட் என்ற அலகின் மூலம் அளவிடப்படுகின்றது. பயன்பாட்டின் பொதுவான ஆற்றல் தேவைகளைக் கணக்கிடுவதற்காக, பெரும்பாலும் வாட்-மணிகள், கிலோவாட்-மணிகள் அல்லது கிலோவாட்-மணிகள்/நாள் ஆகிய அலகுகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. சராசரி திறனானது உச்ச திறனின் 20% ஆகும் என்பது ஒரு பொதுவான விதியாகும், ஆகவே ஒவ்வொரு உச்ச கிலோவாட் சூரிய அணிவரிசை திறன் வெளியீடும் 4.8 கி.வா.ம/நாள் (24 மணிகள் x 1 கி.வா. x 20% = 4.8 கி.வா.ம) என்ற ஆற்றல் உற்பத்திக்கு உரியதாக இருக்கும்.

சூரியனின் மூலமாக உருவாக்கப்பட்ட ஆற்றலின் நடைமுறையில் பயன்படுத்துவதற்காக, இன்வெர்ட்டர்கள் என்பவற்றைப் பயன்படுத்தி மின்சாரமானது மின்சார கிரிட்டுக்குள் செலுத்தப்படுகிறது (கிரிட்-இணைக்கப்பட்ட ஒளிமின்னழுத்த அமைப்புகள்); தனித்த அமைப்புகளில் உடனடியாக தேவைப்படக்கூடிய ஆற்றலைச் சேமித்து வைத்துக்கொள்ள பேட்டரிகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

சூரிய மின்கலங்களை பிற எலக்ட்ரானிக் சாதனங்கள் சுய ஆற்றல் நிலைகொள்ளும் திறன் கொண்டவையாக ஆக்கப் பயன்படுத்தப்பட முடியும். சோலார் செல் தொலைபேசி சார்ஜர்கள், சோலார் பைக் விளக்கு மற்றும் சோலார் கேம்பிங் லாண்டன்கள் போன்ற மக்கள் தினசரி பயன்படுத்தக்கூடிய பொருள்களும் உள்ளன.

கோட்பாடு

எளிய விளக்கம்

1. சூரிய ஒளியில் உள்ள ஃபோட்டான்கள் சோலார் பேனல்களில் மோதி, அவை சிலிக்கான் போன்ற குறைக்கடத்திப் பொருள்களால் உட்கவரப்படுகின்றன.
2. எலக்ட்ரான்கள் (எதிர் மின்சுமை கொண்டவை) அவற்றின் அணுக்களிலிருந்து தளர்வாக விடப்படுகின்றன, இதனால் அவை பொருளில் பாய்ந்து சென்று அதனால் மின்சாரம் உருவாகிறது. சூரிய மின்கலங்களின் சிறப்பான தொகுப்பாக்கத்தால், எலக்ட்ரான்கள் ஒரு திசையில் மட்டுமே நகர் அனுமதிக்கப்படுகின்றன. துளைகள் எனப்படும் அதன் நிரப்பிகளான நேர் மின்சுமைகள் உருவாக்கப்பட்டு அவை எலக்ட்ரான்களின் திசைக்கு எதிர்த்திசையில் செல்கின்றன.
3. சூரிய மின்கலங்களின் ஓர் அணிவரிசையானது சூரிய ஆற்றலை, பயன்படுத்தக்கூடிய அளவிலான நேர்த்திசை மின்னோட்ட (DC) மின்சாரமாக மாற்றுகிறது.

மின்சுமை கேரியர்களின் ஒளி உருவாக்கம்

ஒரு ஃபோட்டான் ஒரு சிலிக்கான் துண்டின் மீது மோதும் போது பின்வரும் மூன்று நிகழ்வுகளில் ஒன்று நிகழும்:

1. ஃபோட்டானானது சிலிக்கானின் வழியே நேராகச் செல்லலாம்— இது (பொதுவாக) ஆற்றல் குறைவான ஃபோட்டான்களில் சாத்தியம்,
2. ஃபோட்டான்கள் மேற்பரப்பினால் எதிரொளிக்கப்படலாம்,
3. ஃபோட்டானின் ஆற்றலானது சிலிக்கானின் பட்டை இடைவெளியின் மதிப்பை விட அதிகமாக இருந்தால், ஃபோட்டானானது சிலிக்கானால் உட்கவரப்படலாம். இது பட்டை கட்டமைப்பைப் பொறுத்து ஓர் எலக்ட்ரான்-துளை ஜோடியையும் சில நேரங்களில் வெப்பத்தையும் உருவாக்குகிறது.

ஒரு ஃபோட்டானானது உட்கவரப்படும் போது, அதன் ஆற்றல் ஒரு கிரிஸ்டலின் அடுக்கிற்கு வழங்கப்படுகிறது. வழக்கமாக இந்த எலக்ட்ரானானது இணைதிறன் பட்டையில் இருக்கும், மேலும் சகப் பிணைப்பில் இது பிணைப்புக்குள்ளான அணுக்களிடையே இறுக்கமாகப் பிணைக்கப்பட்டிருக்கும், இதனால் தொலைவிற்கு நகர்வது சாத்தியமல்ல. ஃபோட்டானால் இதற்கு வழங்கப்பட்ட ஆற்றலானது அதனை கடத்துப் பட்டைக்கு "கிளர்ச்சியுற்று" செல்லச் செய்கிறது, அங்கு அது குறைக்கடத்திக்குள்ளாக அது மிகவும் எளிதாக நகர முடியும். முன்னர் அந்த எலக்ட்ரான் பங்கு பெற்றிருந்த சகப்பிணைப்பானது இப்போது ஒரு எலக்ட்ரான் குறைந்து காணப்படும் — இதுவே துளை எனப்படுகிறது. ஒரு எலக்ட்ரான் இழக்கப்பட்ட சகப்பிணைப்பானது, அவற்றின் "துளை" வழியாக அருகாமையிலுள்ள அணுக்களின் பிணைக்கப்பட்ட எலக்ட்ரான்கள் நகர அனுமதிக்கின்றன, இதனால் அவற்றுக்குப் பின் மற்றொரு துளையை உண்டாகிறது, இவ்வாறு ஒரு துளை அடுக்கின் வழியே நகர்கிறது. இதனால் குறைக்கடத்திகளால் உட்கவரப்பட்ட ஃபோட்டான்கள் நகரக்கூடிய எலக்ட்ரான்-துளை ஜோடிகளை உருவாக்குகின்றன எனலாம்.

ஓர் எலக்ட்ரானை அதன் சகப்பிணைப்புப் பட்டையிலிருந்து கடத்துப் பட்டைக்கு கிளர்ந்து எழச்செய்ய, ஒரு ஃபோட்டான் பட்டை இடைவெளியைக் காட்டிலும் அதிக ஆற்றல் மட்டும் கொண்டிருந்தால் போதுமானது. இருப்பினும், சோலார் அதிர்வெண் நிறமாலை, ~6000 K வெப்பநிலையில் தோராயமாக கரும்பொருள் நிறமாலையாக விளங்குகிறது, மேலும் பூமியை வந்தடையும் சூரியக் கதிர்வீச்சின் பெரும்பகுதி சிலிக்கானின் பட்டை இடைவெளியினை விட அதிக ஆற்றலைக் கொண்டவையாகவே உள்ளன. இந்த அதிக ஆற்றல் ஃபோட்டான்கள் சூரிய மின்கலத்தால் உட்கவரப்படுகின்றன, ஆனால் இந்த ஃபோட்டான்கள் மற்றும் சிலிக்கான் பட்டை இடைவெளி ஆகியவற்றுக்கிடையே உள்ள வேறுபாடானது (ஃபோனான்கள்எனப்படும் அடுக்கின் அதிர்வுகளால்) பயன்படும் மின்னாற்றலாக மாறாமல் வெப்பமாக மாறுகிறது.

மின்சுமை கேரியர் பிரிப்பு

சூரிய மின்கலத்தில் மின்சுமை கேரியர் பிரிப்பில் இரண்டு பிரதான மாதிரிகள் உள்ளன:

1. சாதனத்தில் உருவாக்கப்படும் நிலைமின்னியல் புலத்தினால் உருவாக்கப்படும், கேரியர்களின் ஓட்டம்
2. கடத்தியில் கேரியர்கள் அதிக செறிவில் இருக்கும் பகுதியிலிருந்து குறைந்த செறிவுப் பகுதிக்கு கேரியர்களின் விரவல் (இது மின் வேதியியல் ஆற்றலில் உள்ள வேறுபாட்டினால் நிகழ்கிறது).

பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் p-n சந்தி சூரிய மின்கலங்களில், மின்சுமை கேரியர்களின் பிரிப்பு நிகழ்வு நடைபெறும் விதம் ஓட்டமே ஆகும். இருப்பினும், p-n-சந்தியல்லாத சூரிய மின்கலங்களில் (பொதுவாக டை மற்றும் பாலிமர் சூரிய மின்கலங்களைப் போன்ற மூன்றாம் தலைமுறை சூரிய மின்கலம்), பொதுவான நிலைமின்னியல் புலம் இல்லை என்பது உறுதி செய்யப்பட்டுவிட்டது, மேலும் பெரும்பாலும் பிரிப்பு விதம் மின்சுமை கேரியர்கள் விரவலே ஆகும்.

p-n சந்தி

பெரும்பாலும் பொதுவாக அறியப்படும் சூரிய மின்கலம் ஒரு சிலிக்கானாலான பெரிய-பரப்பைக் கொண்ட p-n சந்தியாகவே உள்ளமைக்கப்படுகிறது. எளிமைக்காக, ஒரு n-வகை சிலிக்கானின் அடுக்கை p-வகை சிலிக்கானின் மீது நேரடி தொடர்பில் வைப்பதாக ஒருவர் கற்பனை செய்துகொள்ளலாம். நடைமுறையில், சிலிக்கான் சூரிய மின்கலங்களின் p-n சந்திகள் அவ்வாறு உருவாக்கப்படுவதில்லை, மாறாக ஒரு n-வகை மாசு p-வகை சீவல்களின் ஒரு புறம் வைக்கப்பட்டு (அல்லது இதன் மறுதலை முறையில்) உருவாக்கப்படுகின்றன.

p-வகை சிலிக்கானின் ஒரு துண்டு ஒரு n-வகை சிலிக்கான் துண்டுடன் நெருங்கிய தொடர்பில் வைக்கப்படும் போது, அங்கு அதிக எலக்ட்ரான் செறிவுள்ள பகுதியிலிருந்து (சந்தியின் n-வகைப் பகுதி) குறைந்த செறிவுள்ள பகுதியை (சந்தியின் p-வகைப் பகுதி) நோக்கி எலக்ட்ரான் விரவல் நிகழ்கிறது. எலக்ட்ரான்கள் இந்த p-n சந்தி வழியே விரவும் போது, அவை p-வகைப் பகுதியிலுள்ள துளைகளுடன் சேர்கின்றன. இருப்பினும் மின்சுமைகள் சந்தியின் பக்கங்களில் ஒன்றில் அமைந்து ஒரு மின் புலத்தை உருவாக்குவதால், கேரியர்களின் விரவலானது வரையறையின்றி நிகழ்வதில்லை. மின் புலமானது ஒரு டயோடை உருவாக்குகிறது, அந்த டயோடானது மின்சுமைகளின் பாய்வைத் தூண்டுகிறது, அதற்கு சுழல் மின்னோட்டம் என்று பெயர், அது எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் துளைகளினை எதிர்த்து அவற்றின் விரவலை எதிர்க்கின்றன. எலக்ட்ரான்களும் துளைகளும் சந்தியின் குறுக்கே விரவப்பட்ட இந்தப் பகுதியே குறைப்புப் பகுதி என அழைக்கப்படுகிறது, ஏனெனில் அதில் நகரக்கூடிய மின்சுமை கேரியர்கள் அதன் பின்னர் இருப்பதில்லை. அது வெளி மின்சுமைப் பகுதி எனவும் அழைக்கப்படுகிறது.

புறச் சுமையுடன் இணைப்பு

சூரிய மின்கலத்தின் n-வகை மற்றும் p-வகை ஆகிய இரண்டுக்கும் ஓமிக் உலோக-குறைக்கடத்தி தொடர்புகள் உருவாக்கப்படுகின்றன, பின்னர் அவற்றின் மின்முனைகள் புறச் சுமைக்கு இணைக்கப்படுகின்றன. n-வகைப் புறத்தில் உருவாக்கப்படும் அல்லது சந்தியினால் "சேகரிக்கப்பட்டு" n-வகை புறத்திற்கு அனுப்பப்படும் எலக்ட்ரான்கள், ஒயரின் மூலம் சென்று சுமைக்கு ஆற்றலளித்து, அவை p-வகை குறைக்கடத்தி உலோகத் தொடர்பை அடையும் வரை தொடர்ந்து சுற்றிக்கொண்டே உள்ளன. இங்கு, அவை சூரிய மின்கலத்தின் p-வகை புறத்தில் எலக்ட்ரான்-துளை ஜோடியாக உருவாக்கப்பட்ட ஜோடியிலுள்ள துளை அல்லது அங்கு உருவாக்கப்பட்ட பின்னர் சந்தியின் n-வகை புறத்திலிருந்து தள்ளப்பட்ட ஒரு துளையுடன் மீண்டும் சேர்கின்றன.

அளக்கப்படும் மின்னழுத்தமானது சிறுபான்மை கேரியர்கள், அதாவது p-வகை பகுதியிலுள்ள எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் n-வகை பகுதியிலுள்ள துளைகள் ஆகியவற்றின் குவாசி ஃபெர்மி நிலைகளிலுள்ள வேறுபாட்டுக்கு சமமாக இருக்கும்.

இதற்கு சமமான சூரிய மின்கலச் சுற்று

ஒரு சூரிய மின்கலத்திற்கு சமமான மின் சுற்று

ஒரு சூரிய மின்கலத்திற்கான திட்டக் குறியீடு

ஒரு சூரிய மின்கலத்தின் எலக்ட்ரானியல் நடத்தையைப் புரிந்துகொள்வதற்கு, மின்னியல் ரீதியாக சமமானதாக இருக்கக்கூடிய மற்றும் குணங்கள் நன்கு அறியப்பட்ட தனித்த மின் கூறுகளை அடிப்படையாகக் கொண்ட ஒரு மாட்யுலை உருவாக்குவது பயனுள்ளதாக இருக்கும். ஒரு மின் மூலம் ஒரு டயோடிற்கு இணையாக இருக்கும் வகையில் அமைத்து ஒரு இலட்சிய சூரிய மின்கலத்தை மாதிரியாக்கம் செய்யலாம்; நடைமுறையில் எந்த சூரிய மின்கலமும் இலட்சிய சாதனமாக இருப்பதில்லை, ஆகவே புறத் தடைக் கூறின் ஒரு தொடர் அந்த மாதிரியுடன் சேர்க்கப்படுகிறது. இதன் விளைவான சூரிய மின்கலத்தின் சமமான சுற்று இடப்புறம் காண்பிக்கப்பட்டுள்ளது. மின்சுற்றுப் படங்களில் பயன்படுத்துவதற்கான திட்டவியல் விளக்கப் படமும் வலப்புறம் காண்பிக்கப்பட்டுள்ளது.

சிறப்பியல்பு சமன்பாடு

சமமான சுற்றிலிருந்து சூரிய மின்கலத்தால் உருவாக்கப்பட்ட மின்சாரமானது மின் மூலத்தால் உருவாக்கப்பட்ட மின்சாரத்திலிருந்து டயோடின் வழியே பாயும் மின்சாரத்தைக் கழித்து, அதிலிருந்து புறத் தடையின் வழியே பாயும் மின்சாரத்தைக் கழித்தால் கிடைக்கும் மதிப்பிற்கு சமமாக இருக்கும் என்பது தெளிவாகிறது:

$I=I_{L}-I_{D}-I_{SH}$

இங்கு,

• I = வெளியீடு மின்னோட்டம் (ஆம்பியர்கள்)
• I_L = ஒளியால் உருவாக்கப்பட்ட மின்னோட்டம்(ஆம்பியர்கள்)
• I_D = டயோடு மின்னோட்டம் (ஆம்பியர்கள்)
• I_SH = புற மின்னோட்டம் (ஆம்பியர்கள்)

இந்தக் கூறுகளின் வழியே பாயும் மின்னோட்டமானது அவற்றின் குறுக்கேயான மின்னழுத்தத்தைக் கட்டுப்படுத்துகிறது:

$V_{j}=V+IR_{S}$

இங்கு,

• V_j = டயோடு மற்றும் தடைக்குக் குறுக்கே நிலவும் மின்னழுத்தம் R_SH (வோல்ட்டுகள்)
• V = வெளியீடு முனைகளுக்கிடையே உள்ள மின்னழுத்தம் (வோல்ட்டுகள்)
• I = வெளியீடு மின்னோட்டம் (ஆம்பியர்கள்)
• R_S = தொடர் மின்தடை(Ω)

ஷாக்லி டயோடு சமன்பாட்டின் படி, டயோடின் வழியே செல்லும் மின்னோட்டம்:

$I_{D}=I_{0}\left\{\exp \left[{\frac {qV_{j}}{nkT}}\right]-1\right\}$

இங்கு,

• I₀ = எதிர்த்திசை பூரித மின்னோட்டம் (ஆம்பியர்கள்)
• n = டயோடு இலட்சியத்தன்மைக் காரணி (ஒரு இலட்சிய டயோடிற்கு இதன் மதிப்பு 1 ஆகும்)
• q = கூறியல் மின்சுமை
• k = போல்ட்ஸ்மேன் மாறிலி
• T = தனி வெப்பநிலை
• 25 °C இல், $kT/q\approx 0.0259$ வோல்ட்டுகள்.

ஓம் விதியின் படி, புற மின்தடையின் வழியே பாயும் மின்னோட்டம்:

$I_{SH}={\frac {V_{j}}{R_{SH}}}$

இங்கு,

• R_SH = புற மின்தடை (Ω)

இவற்றை முதல் சமன்பாட்டில் பிரதியிட்டால், ஒரு சூரிய மின்கலத்தின் சிறப்பியல்பு சமன்பாடு கிடைக்கிறது, அது சூரிய மின்கல அளவுருக்களையும் வெளியீடு மின்னோட்டம் மற்றும் மின்னழுத்தத்தையும் தொடர்புபடுத்துகிறது:

$I=I_{L}-I_{0}\left\{\exp \left[{\frac {q(V+IR_{S})}{nkT}}\right]-1\right\}-{\frac {V+IR_{S}}{R_{SH}}}$

ஒரு மாற்று வருவித்தல் கணக்கீடு இதே போன்றதொரு சமன்பாட்டைக் கொடுக்கிறது, ஆனால் அதில் V இடப்புறம் உள்ளது. இரண்டு மாற்றுகளும் ஒத்தவை; அதாவது, துல்லியமாக அவை ஒரே முடிவைத் தருகின்றன.

தத்துவத்தின் படி, கொடுக்கப்பட்ட குறிப்பிட்ட இயக்க மின்னழுத்தம் V க்கு, இந்த சமன்பாட்டைத் தீர்ப்பதன் மூலம் அந்த மின்னழுத்தத்திலான இயக்க மின்னோட்டம் I ஐத் தீர்மானிக்கலாம். இருப்பினும், இந்தச் சமன்பாட்டில் இரண்டு பக்கங்களிலும் I ஆனது ஒரு இயல்புக்கு மாறான சார்பில் இருப்பதால் இந்தச் சமன்பாட்டுக்கு பொதுவான பகுமுறைத் தீர்வு இல்லை. இருப்பினும், தீர்வு இல்லாமலே அது இயற்பியல் ரீதியாக விவரம் வழங்கும் தன்மையைக் கொண்டதாக் விளங்குகிறது. மேலும், எண்ணியல் முறைகளைப் பயன்படுத்தி இதை எளிதாகத் தீர்க்க முடியும். (லாம்பெர்ட் W சார்பைப் பயன்படுத்தினால் இந்தச் சமன்பாட்டிற்கான பொது பகுமுறையியல் தீர்வைப் பெறுவது சாத்தியமாகும், ஆனால் லாம்பெர்ட் W சார்பையே எண்ணியல் முறைகளில் தான் தீர்க்க வேண்டியுள்ளது என்பதே நுட்பமாகும்.)

I₀, n, R_S , மற்றும் R_SH ஆகிய அளவுருக்களை நேரடியாக அளவிட முடியாது என்பதால், சூரிய மின்கல நடத்தையில் அவற்றின் ஒருங்கிணைத்த விளைவை அடிப்படையாகக் கொண்டு இந்த அளவுருக்களின் மதிப்புகளைப் பிரித்தெடுத்து அவற்றின் நேரியலற்ற பின்னடைவைப் பயன்படுத்துவதே சிறப்பியல்பு சமன்பாட்டின் மிகவும் பொதுவான பயன்பாடாகும்.

திறந்த-சுற்று மின்னழுத்தம் மற்றும் குறும்-சுற்று மின்னோட்டம்

மின்கலமானது ஒரு திறந்த சுற்றில் இயக்கப்படும் போது, I = 0 மற்றும் வெளியீடு முனைகளுக்கிடையேயான மின்னழுத்தம் திறந்த-சுற்று மின்னழுத்தம் என வரையறுக்கப்படுகிறது. புற மின் தடையானது சிறப்பியல்பு சமன்பாட்டின் கடைசி உறுப்பை புறக்கணிக்கப் போதுமான அளவு அதிகமானது எனக் கொண்டால் திறந்த-சுற்று மின்னழுத்தம் V_OC பின்வருமாறு:

$V_{OC}\approx {\frac {kT}{q}}\ln \left({\frac {I_{L}}{I_{0}}}+1\right)$

அதே போல், மின்கலமானது குறும் சுற்றில் இயக்கப்பட்டால், V = 0 மற்றும் முனைகளுக்கிடையேயான மின்னோட்டம் I ஆனது குறும்-சுற்று மின்னோட்டம் ஆகும். அதிக தரமுள்ள (குறைந்த R_S மற்றும் I₀ மற்றும் அதிக R_SH ) சூரிய மின்கலத்திற்கு, குறும்-சுற்று மின்னோட்டம் I_SC ஆனது பின்வருமாறு என நிரூபிக்கலாம்:

$I_{SC}\approx I_{L}$

இயற்பியல் ரீதியான அளவின் விளைவு

I₀ , R_S மற்றும் R_SH ஆகியவற்றின் மதிப்புகள் சூரிய மின்கலத்தின் இயற்பியல் ரீதியான அளவைச் சார்ந்தவை. மாறாக ஒத்த மின்கலங்களை ஒப்பிடுகையில், ஒன்றைப்போல் இரண்டு மடங்கு மேற்பரப்பைக் கொண்டுள்ள மின்கலமானது, கொள்கையின் படி I₀ இன் இரண்டு மடங்கைக் கொண்டிருக்கும், ஏனெனில் மின்னோட்டம் கசியக்கூடிய சந்திப் பகுதி அதற்கு இரண்டு மடங்காகும். அதற்கு R_S மற்றும் R_SH ஆகியவை மற்றொன்றின் மதிப்பில் பாதியே இருக்கும், ஏனெனில் மின்னோட்டம் பாயக்கூடிய குறுக்கு வெட்டுப் பரப்பு அதற்கு இரண்டு மடங்கு இருக்கும். இந்தக் காரணத்தினால், மின்னோட்ட அடர்த்தி அல்லது ஓரலகு மின்கலப் பரப்பிற்கு உருவாக்கப்பட்ட மின்னோட்டம் ஆகியவற்றைக் கொண்டே பெரும்பாலும் சிறப்பியல்பு சமன்பாடானது எழுதப்படும்:

$J=J_{L}-J_{0}\left\{\exp \left[{\frac {q(V+Jr_{S})}{nkT}}\right]-1\right\}-{\frac {V+Jr_{S}}{r_{SH}}}$

இங்கு,

• J = மின்னோட்ட அடர்த்தி (ஆம்பியர்கள்/செ.மீ.²)
• J_L = ஒளியால் உருவாக்கப்பட்ட மின்னோட்ட அடர்த்தி (ஆம்பியர்கள்/செ.மீ.²)
• J₀ = எதிர்த்திசை பூரித மின்னோட்ட அடர்த்தி (ஆம்பியர்கள்/செ.மீ.²)
• r_S = சுய தொடர் மின் தடை (Ω-செ.மீ.²)
• r_SH = சுய புற மின் தடை (Ω-செ.மீ.²)

இந்தச் சூத்திரம் பல ஆதாயங்களைக் கொண்டுள்ளது. மின்கல சிறப்பியல்புகள் ஒரு பொதுவான குறுக்கு வெட்டுப் பரப்பைக் கொண்டு குறிக்கப்படுகின்றதால் வெவ்வேறு இயற்பியல் பரிமாணங்கள் கொண்ட மின்கலங்களின் சிறப்பியல்புகளை எளிதில் ஒப்பிட முடியும் என்பது அதில் ஒன்று. ஓர் உற்பத்தியகத்தில் இது குறைந்தபட்ச நன்மைகளையே கொண்டுள்ளது, ஏனெனில் அங்கு அனைத்து மின்கலங்களும் ஒரே அளவிலேயே இருக்கும், இது ஆராய்ச்சியிலும் உற்பத்தியாளர்கள் மின்கலங்களை ஒப்பிடுவதற்கும் பயனுள்ளதாக இருக்கும். மற்றொரு நன்மையாகும் அடர்த்தி சமன்பாடானது இயல்பாக, அளவுருக்களின் மதிப்புகளை ஒத்த எண் மதிப்பு வரிசைக்கு விரிவாக்குகிறது, இதனால் அவற்றின் எண் மதிப்புகளைப் பிரித்தறிவது எளிதாகவும் சிக்கலான தீர்வு முறைகளிலும் அவற்றைத் துல்லியமாக அறிவது இயலக்கூடியதாகவும் ஆகிறது.

இந்த சூத்திரத்தில் நடைமுறை குறைபாடுகளும் உள்ளன. எடுத்துக்காட்டுக்கு, மின்கலத்தின் அளவுகள் சுருங்கலாம் மேலும் அதனால் அதிலிருந்து பெறப்படும் அளவுருக்களின் மதிப்புகள் பாதிக்கப்படலாம் என்பதால் சில ஒட்டுண்ணி சார்ந்த விளைவுகளும் முக்கியத்துவம் பெறுகின்றன. மின்கலத்தின் விளிம்பில் மீண்டும் சேர்தல் மற்றும் கலத்தல் ஆகியவை அதிகபட்சமாக நிகழ்கிறதால், சிறிய மின்கலங்களுக்கு அதே போன்ற பெரிய மின்கலங்களுடன் ஒப்பிடுகையில் J₀ மதிப்பு அதிகமாக அல்லது R_SH ஆகிய மதிப்புகள் குறைவாகவும் காணப்படுகின்றன. இது போன்ற சந்தர்ப்பத்தில், மின்கலங்களுக்கிடையேயான ஒப்பீடு கட்டாயமாகும், அப்போது இந்த விளைவுகளையும் கருத்தில் கொள்வது அவசியம்.

ஒப்பிடக்கூடிய கட்டமைப்புடன் கூடிய சூரிய மின்கலங்களை ஒப்பிட மட்டுமே இந்த அணுகுமுறை பயன்படுத்தப்பட வேண்டும். எடுத்துக்காட்டுக்கு, பொதுவான கிரிஸ்டலின் சிலிக்கான் சூரிய மின்கலங்களைப் போன்ற பிரதானமாக இருபடி இயல்புள்ள சூரிய மின்கலங்கள் மற்றும் மெல்லிய ஏட்டு சூரிய மின்கலங்களைப் போன்ற குறுகிய ஆனால் நீண்ட மின்கலங்கள் ஆகியவற்றை ஒப்பிட்டால், அவற்றின் மின்னோட்டப் பாதையின் வகைகளின் வேறுபாடுகளின் காரணமாக தவறான கருத்தாக்க முடிவுகளும், பகிர்ந்தளிக்கப்பட்ட தொடர் மின் தடை r_S இன் தாக்கத்தில் தவறான கணிப்பும் விளையலாம்.

மின்கல வெப்பநிலை

ஒரு சூரிய மின்கலத்தின் மின்னோட்டம்-மின்னழுத்த சிறப்பியல்புகளின் மீது வெப்பநிலையின் தாக்கம்

வெப்பநிலையானது சிறப்பியல்பு சமன்பாட்டை இரண்டு வழிகளில் பாதிக்கிறது: அடுக்கு உறுப்பில் உள்ள T மதிப்பின் மூலமாக நேரடியாக மற்றும் I₀ (சரியாகச் சொன்னால், வெப்பநிலையானது அனைத்து உறுப்புகளையும் பாதிக்கிறது, ஆனால் மற்றதை விட இவ்விரண்டு உறுப்புகளை அதிகமாகப் பாதிக்கிறது) இன் மீதான தாக்கத்தின் மூலமாக மறைமுகமாக. T மதிப்பு அதிகரிக்கும் போது சிறப்பியல்பு சமன்பாட்டிலுள்ள அடுக்கின் மதிப்பு குறைகிறது, I₀ இன் மதிப்பு T ஐப் பொறுத்து அடுக்கு முறையில் அதிகரிக்கிறது. நிகர முடிவாக வெப்பநிலை அதிகரிப்பதால் V_OC (திறந்த சுற்று மின்னழுத்தம்) நேரியல் ரீதியாக குறைகிறது. இந்தக் குறைப்பின் எண் மதிப்பானது V_OC இன் மதிப்புக்கு எதிர்த்தகவில் இருக்கும்; அதாவது அதிக V_OC மதிப்பு கொண்ட மின்கலங்களுக்கு வெப்பநிலை அதிகரிக்கும் போது மின்னழுத்தம் குறையும் பாதிப்பு குறைவாகவே இருக்கும். பெரும்பாலான கிரிஸ்டலின் சிலிக்கான் சூரிய மின்கலங்களுக்கு இந்தக் குறைப்பு 0.50%/°C ஆக உள்ளது, இருப்பினும் இந்த மீயுயர் செயல்திறனுள்ள கிரிஸ்டலின் சிலிக்கான் மின்கலங்களின் இந்த வீதமானது 0.35%/°C ஆக உள்ளது. ஒப்பிடுகையில், அமார்ஃபஸ் சிலிக்கான் மின்கலங்களின் வீதம் 0.20-0.30%/°C ஆக உள்ளது, மேலும் இது மின்கலம் எவ்வாறு உருவாக்கப்படுகிறது என்பதைச் சார்ந்துள்ளது.

வெப்பநிலை அதிகரிக்கும் போது ஒளியால் உருவாக்கப்பட்ட மின்னோட்டம் I_L இன் அளவு சிறிதளவு அதிகரிக்கிறது, மின்கலத்தில் வெப்பத்தினால் உருவாக்கப்படும் கேரியர்களின் எண்ணிக்கை அதிகரிப்பதே இதற்குக் காரணமாகும். இருப்பினும் இந்த விளைவு மிகவும் சிறிதளவே காணப்படுகிறது: கிரிஸ்டலின் சிலிக்கான் மின்கலங்களுக்கு சுமார் 0.065%/°C மற்றும் அமார்ஃபஸ் சிலிக்கான் மின்கலங்களுக்கு சுமார் 0.09% என்றும் உள்ளது.

ஒரு மின்கலத்தின் செயல்திறனின் மீதான வெப்பநிலையின் ஒட்டுமொத்த விளைவை, சிறப்பியல்பு சமன்பாடு மற்றும் இந்தக் காரணிகள் ஆகியவற்றை ஒருங்கே பயன்படுத்தி கணக்கிட முடியும். இருப்பினும், மின்னழுத்தத்தில் ஏற்படும் மாற்றமானது மின்னோட்டத்தில் ஏற்படும் மாற்றத்தை விட மிக அதிகம் என்பதால், செயல்திறனின் மீதான ஒட்டுமொத்த விளைவானது மின்னழுத்தத்தின் விளைவை ஒத்ததாகவே உள்ளது. பெரும்பாலான கிரிஸ்டலின் சிலிக்கான் சூரிய மின்கலங்கள் 0.50%/°C இல் செயல்திறனில் குறைகின்றன, மேலும் பெரும்பாலான அமார்ஃபஸ் சிலிக்கான் மின்கலங்கள் 0.15-0.25%/°C இல் செயல்திறன் குறைகின்றன. மேலே உள்ள படம் I-V வளைவுகளைக் காண்பிக்கிறது, அது வெவ்வேறு வெப்பநிலையில் கிரிஸ்டலின் சிலிக்கான் மின்கலத்திற்கான பொதுவான வரைபட வளைவாகும்.

தொடர் மின் தடை

ஒரு சூரிய மின்கலத்தின் மின்னோட்டம்-மின்னழுத்த சிறப்பியல்புகளின் மீது தொடர் மின் தடையின் தாக்கம்

தொடர் மின் தடையானது அதிகரிக்கும் போது, சந்தி மின்னழுத்தம் மற்றும் முனை மின்னழுத்தம் ஆகியவற்றுக்கிடையே உள்ள மின்னழுத்த வீழ்ச்சியானது, ஒரே மின்னோட்ட அளவிற்கு அதிகரிக்கிறது. இதன் விளைவாக, I-V வளைவின் மின்னோட்டத்தினால் கட்டுப்படுத்தப்படும் பகுதியானது ஆதியினை நோக்கி கீழிறங்கத் தொடங்குகிறது, இதனால் முனை மின்னழுத்தத்தில் குறிப்பிடத்தக்க அளவு மின்னழுத்தக் குறைவு ஏற்படுகிறது$V$ மேலும் குறும் சுற்று மின்னோட்டம் I_SC இலும் சிறிதளவு குறைவு ஏற்படுகிறது. R_S இன் மதிப்புகள் மிக அதிகமாக இருந்தாலும், I_SC இன் மதிப்பு மிகவும் அதிகமாகக் குறையும்; இந்தப் பகுதிகளில் தொடர் மின் தடையின் பாதிப்பு அதிகமாக உள்ளது, இந்நிலையில் சூரிய மின்கலம் ஒரு மின் தடையைப் போலவே உள்ளது. இந்த விளைவுகள் வலப்புறமுள்ள படத்தில் காண்பிக்கப்பட்டுள்ள I-V வளைவுகளில் கிரிஸ்டலின் சிலிக்கான் சூரிய மின்கலங்களுக்குக் காண்பிக்கப்பட்டுள்ளன.

முதல் தோராயமாக்களில் உள்ள தொடர் மின் தடையினால் ஏற்படக்கூடிய இழப்புகள் P_loss=V_RsI=I²R_S என்பதன் மூலம் பெறப்படுகிறது, மேலும் (ஒளி-)மின்னோட்டத்துடன் இருபடி முறையில் அதிகரிக்கிறது. ஆகவே அதிக ஒளியூட்டச் செறிவுகளில் தொடர் மின் தடை இழப்புகள் மிக முக்கியத்துவம் வாய்ந்தவை.

புற மின் தடை

ஒரு சூரிய மின்கலத்தின் மின்னோட்டம்-மின்னழுத்த சிறப்பியல்புகளின் மீது புற மின் தடையின் தாக்கம்

புற மின் தடை குறையும் போது, புற மின் தடையின் வழியே செல்லும் மின்னோட்டமானது கொடுக்கப்பட்ட சந்தி மின்னழுத்தத்திற்கு அதிகரிக்கிறது. இதன் விளைவாக, I-V வளைவின் மின்னழுத்தத்தால் கட்டுப்படுத்தப்படும் பகுதியானது ஆதியை நோக்கிக் கீழிறங்குகிறது, இதனால் முனை மின்னோட்டம் I இல் குறிப்பிடத்தக்க அளவிலான குறைவு ஏற்படுகிறது, மேலும் V_OC இலும் சிறிதளவு குறைகிறது. R_SH இன் மதிப்பு மிகக் குறைவாக இருக்கும் போது, V_OC இன் மதிப்பு குறிப்பிடத்தக்க அளவு குறைகிறது. அதிக தொடர் மின் தடை சூழல்களில் மோசமாக மூடப்பட்ட சூரிய மின்கலத்தின் சிறப்பியல்புகள் ஒரு மின் தடையின் இயக்க் சிறப்பியல்புகளையே ஒத்திருக்கும். வலப்புறம் காண்பிக்கப்பட்டுள்ள படத்தில் கிரிஸ்டல் சிலிக்கான் சூரிய மின்கலங்களுக்கான இந்த விளைவுகள் I-V வளைவுகளில் காண்பிக்கப்பட்டுள்ளன.

எதிர்திசை பூரித மின்னோட்டம்

ஒரு சூரிய மின்கலத்தின் மின்னோட்டம்-மின்னழுத்த சிறப்பியல்புகளின் மீது எதிர் பூரித மின்னோட்டத்தின் தாக்கம்

முடிவிலா புற மின் தடை இருப்பதாகக் கருதுகையில், V_OC க்கு சிறப்பியல்பு சமன்பாட்டைத் தீர்க்கலாம்:

$V_{OC}={\frac {kT}{q}}\ln \left({\frac {I_{SC}}{I_{0}}}+1\right).$

இதனால், I₀ அதிகரிக்கயில் V_OC மதிப்பு அதிகரிப்பின் மடக்கையின் தலைகீழிக்கு நேர்த்தகவில் அதிகரிக்கிறது. இது, மேலே விவரிக்கப்பட்ட வெப்பநிலை அதிகரிப்பின் போது, V_OC இல் ஏற்படும் குறைவிற்கான காரணத்தை கணிதவியல் ரீதியாக விளக்குகிறது. கிரிஸ்டலின் சிலிக்கான் சூரிய மின்கலத்தின் I-V வளைவிலான எதிர்திசை பூரித மின்னோட்டத்தின் விளைவு, வலப்புறமுள்ள படத்தில் காண்பிக்கப்பட்டுள்ளது. இயற்பியல் ரீதியாக, எதிர்திசை பூரித மின்னோட்டம் என்பது எதிர் பயாஸில் p-n சந்திகளுக்கிடையேயான கேரியர்களின் "கசிவின்" அளவா ஆகும். இந்தக் கசிவு சந்தியின் இரு புறங்களிலும் உள்ள பகுதிகளில் நடுநிலையில் மீண்டும் சேரும் கேரியர்களின் விளைவாகும்.

இலட்சியத்தன்மைக் காரணி

ஒரு சூரிய மின்கலத்தின் மின்னோட்டம்-மின்னழுத்த சிறப்பியல்புகளின் மீது இலட்சியத்தன்மைக் காரணியின் தாக்கம்

இலட்சியத்தன்மைக் காரணி (உமிழ்வுக் காரணி என்றும் அழைக்கப்படும்) என்பது ஒரு பொருத்தும் அளவுருவாகும், அது ஒரு டயோடின் நடத்தை கோட்பாட்டின் மூலம் கணிக்கப்பட்டதற்கு எவ்வளவு நெருக்கமாகப் பொருந்துகிறது என்பதை விவரிக்கிறது, அது டயோடின் p-n சந்தியை ஒரு முடிவிலா தளமாகவும், வெளி-மின்சுமைப் பகுதியில் எந்த மீண்டும் சேர்தலும் நிகழ்வதில்லை எனவும் கருதுகிறது. n = 1 எனும் நிலையில் இந்தக் கோட்பாட்டிற்கான சரியான பொருத்தம் நிகழ்கிறது. இருப்பினும், பிற பகுதிகளிலான மீண்டும் சேர்தல் அளவை விட வெளி-மின் சுமைப் பகுதியிலான அளவு அதிகரிக்கும் போது n = 2 . இலட்சியத்தன்மைக் காரணியின் விளைவானது வலப்புறம் காண்பிக்கப்பட்டுள்ள படத்திலுள்ள I-V வளைவிலுள்ள கிரிஸ்டலின் சிலிக்கான் சூரிய மின்கலத்துக்கான பிற அனைத்து அளவுருக்களையும் சார்ந்ததாக இல்லாமல் உள்ளது.

வழக்கமான டயோடுகளை விடப் பெரியதாக இருக்கும் பெரும்பாலான சூரிய மின்கலங்கள் தாராளமாக ஒரு முடிவிலாத் தளத்தைக் கொண்டவையாக தோராயமாகின்றன, மேலும் அவை தரநிலையான சோதனை நிபந்தனைகளில் (n ≈ 1 ) இலட்சிய நடத்தைக்கு அருகாமையில் உள்ளன. இருப்பினும், சில குறிப்பிட்ட இயக்க நிபந்தனைகளில் சாதனத்தின் இயக்கமானது வெளி-மின்சுமை பகுதியிலான மீண்டும் சேர்தல்களினால் கட்டுப்படுத்தப்படலாம். I₀ இன் ஒரு குறிப்பிடத்தக்க அதிகரிப்பின் மூலம் இதன் சிறப்பியல்பு விவரிக்கப்படுகிறது, அதே போல் இலட்சியத்தன்மை காரணியிலான n ≈ 2 என்ற அதிகரிப்பினாலும் விளக்கப்படுகிறது. பின்னது சூரிய மின்கல வெளியீடு மின்னழுத்தத்தை அதிகரிக்கவும் முந்தையது அதைக் குறைக்கவும் செய்கிறது. வலப்புறப் படத்தில் காண்பிக்கப்பட்டிருக்கும் படி, n மதிப்பு அதிகரிக்கும் போதான மின்னழுத்தத்தில் ஏற்படும் அதிகரிப்பு மற்றும் மேலே உள்ள படத்தில் காண்பிக்கப்பட்டுள்ள படி I₀ மதிப்பு குறையும் போது மின்னழுத்தத்தில் ஏற்படும் குறைவு ஆகியவற்றில் சேர்க்கையே இதன் நிகர விளைவாகும். வழக்கமாக, I₀ என்பது மிகவும் முக்கியமான காரணியும் இதன் விளைவு மின்னழுத்தத்தில் குறைவுமாகும்.

சூரிய மின்கல செயல்திறன் காரணிகள்

ஆற்றல் மாற்ற செயல்திறன்

சோலார் பேனல்களின் கண்ணாடியின் மீது படியும் தூசி ஒன்று சேர்ந்து புள்ளியாகத் தெரிகிறது.

ஒரு சூரிய மின்கலத்தின் ஆற்றல் மாற்றச் செயல்திறன் (η, "ஈட்டா") என்பது, ஒரு சூரிய மின்கலம் மின் இணைப்பில் இணைக்கப்பட்டிருக்கும் போது (உட்கவரப்பட்ட ஒளியிலிருந்து மின்சாரமாக) மாற்றப்பட்ட மற்றும் சேகரிக்கப்பட்ட திறனின் சதவீதமாகும். தரநிலையான சோதனை நிபந்தனைகளில் (STC) அதிகபட்ச திறன் புள்ளியைப் பயன்படுத்தி இந்த உறுப்பு கணக்கிடப்படுகிறது, அது P_m ஐ உள்ளீடு ஒளி இர்ரேடியன்ஸ் மதிப்பு (E , W/m² இல்) மற்றும் சூரிய மின்கலத்தின் மேற்பரப்பு (A_c மீ²) ஆகியவற்றால் வகுப்பதால் கணக்கிடப்படுகிறது.

$\eta ={\frac {P_{m}}{E\times A_{c}}}$

STC, 25 °C என்ற வெப்பநிலையையும் 1000 W/m² இர்ரேடியன்ஸையும் காற்று நிறை 1.5 (AM1.5) நிறமாலையையும் குறிப்பிடுகிறது. இவை ஒரு தெளிவான பகலில், கீழ்வானத்திற்கு மேல் 41.81° கோணத்தில் சூரியன் இருக்கும் போது 37° கோணத்தில் சூரியனைப் பார்த்தவாறு இருக்கும்படி வைத்து அளவிடும்போதான சூரியனின் இர்ரேடியன்ஸ் மற்றும் நிறமாலை ஆகியவற்றுக்கு உரியனவாகும். இந்த நிபந்தனை தோராயமாக, அமெரிக்கக் கண்டத்தில், வசந்தகாலம் மற்றும் இலையுதிர்காலம் ஆகியவற்றுக்கு அருகிலமைந்த ஒரு சூரியப் பகலில், மின்கலத்தின் மேற்பரப்பு சூரியனை நேரடியாக நோக்கி அமைக்கப்பட வேண்டும் என்பதையே குறிப்பிடுகிறது. இதனால், இந்த நிபந்தனைகளின் கீழ், 100 செ.மீ.² (0.01 மீ²) பரப்பும் 12% செயல்திறனுமுள்ள ஒரு சூரிய மின்கலம் 1.2 வாட் திறனை உருவாக்கும் என எதிர்பார்க்கலாம்.

சூரிய மின்கலத்தின் இழப்புகளை எதிரொளிப்பு இழப்புகள், வெப்ப இயக்கவியல் செயல்திறன், மீண்டும் சேர்தலின் இழப்புகள் மற்றும் மின் தடை மின்னோட்ட இழப்பு எனப் பிரிக்கலாம். ஒட்டுமொத்த செயல்திறன் என்பது இந்த ஒவ்வொரு தனித்தனி இழப்புகளின் பெருக்கற்பலனே ஆகும்.

இந்த அளவுருக்களை நேரடியாக அளப்பதில் உள்ள சிரமத்தின் காரணத்தால், அதற்குப் பதிலாக பிற அளவுருக்கள் அளவிடப்படுகின்றன: வெப்ப இயக்கவியல் செயல்திறன், குவாண்டம் செயல்திறன், V_OC விகிதம் மற்றும் நிரப்புக் காரணி. எதிரொளிப்பு இழப்புகள் என்பவை "புற குவாண்டம் செயல்திறனின்" கீழ் குவாண்டம் செயல்திறனின் ஒரு பகுதியாகும். மீண்டும் சேர்தலின் இழப்புகள் குவாண்டம் செயல்தின், V_OC விகிதம் மற்றும் நிரப்புக் காரணி ஆகியவற்றின் ஒரு பகுதியை வழங்குகின்றன. மின் தடை இழப்புகள் அதிகமாக நிரப்புக் காரணியின் கீழ் வகைப்படுத்தப்படுகின்றன, ஆனால் குவாண்டம் செயல்திறனின் சிறிதளவுக்கும் V_OC விகிதத்திற்கும் அவை பங்களிக்கின்றன.

வெப்ப இயக்கவியல் செயல்திறன் வரம்பு

சூரிய மின்கலங்கள் குவாண்டம் ஆற்றல் மாற்றச் சாதனங்களாகச் செயல்படுகின்றன, ஆகவே அவை "வெப்ப இயக்கவியல் செயல்திறன் வரம்புக்கு" உட்பட்டவையாக உள்ளன. உட்கவரும் பொருளின் பட்டை இடைவெளியை விடக் குறைவான ஆற்றல் கொண்ட ஃபோட்டான்களால் துளை-எலக்ட்ரான் ஜோடியை உருவாக்க முடியாது, ஆகவே அவற்றின் ஆற்றலானது பயன்மிக்க வெளியீடாக மாற்றப்படுவதில்லை, அவை உட்கவரப்பட்டால் வெறும் வெப்பமாகவே மாற்றப்படுகின்றன. உட்கவரும் பொருளின் பட்டை இடைவெளியை விடக் குறைவான அதிக கொண்ட ஃபோட்டான்களுக்கு பட்டை இடைவெளிக்கு அதிகமாக உள்ள ஆற்றலின் ஒரு பின்னம் மட்டுமே பயன்மிக்க வெளியீடாக மாற்றப்பட முடியும். அதிக ஆற்றல் கொண்ட ஃபோட்டான் ஒன்று உட்கவரப்படும் போது, பட்டை இடைவெளியை விட அதிகமாக உள்ள அதீத ஆற்றலானது கேரியர் சேர்க்கையின் இயக்க ஆற்றலாக மாற்றப்படுகிறது. கேரியர்களின் இயக்க ஆற்றலானது சமநிலை திசைவேகத்திற்குக் குறைவதால் இந்த அதீத இயக்க ஆற்றலானது ஃபோனான் இடைசெயல்களால் வெப்பமாக மாற்றப்படுகிறது.

பல பட்டை இடைவெளி உட்கவர் பொருள்களைக் கொண்ட சூரிய மின்கலங்கள், அதிக செயல்திறனுடன் சூரிய நிறமாலையை மாற்றம் செய்யக்கூடிய திறன் கொண்டவையாக உள்ளன. பல பட்டை இடைவெளிகளைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், சூரிய நிறமாலையானது சிறிய பகுதிகளாகப் பிரிக்கப்பட முடியும், அதில் ஒவ்வொரு பகுதிக்கும் அதற்கான வெப்ப இயக்கவியல் செயல்திறன் வரம்பானது அதிகமாக இருக்கும்.

குவாண்டம் செயல்திறன்

மேலே விவரிக்கப்பட்டபடி, ஒரு ஃபோட்டான் சூரிய மின்கலத்தினால் உட்கவரப்படும் போது அது ஒரு சோடி மின்சுமை கேரியர்களை உருவாக்கலாம், அதாவது எலக்ட்ரான்-துளை சோடி. கேரியர்களில் ஒன்று (சிறுபான்மை கேரியர்) பின்னர் p-n சந்தியை அடைந்து சூரிய மின்கலத்தினால் உருவாக்கப்படும் மின்னோட்டத்திற்கு பங்களிக்க முடியும்; இப்படிப்பட்ட கேரியர் சேகரிக்கப்பட்டது எனப்படும். மாற்றாக, கேரியரானது சேகரிக்கப்படாமல் அதன் ஆற்றலை இழந்து மீண்டும் சூரிய மின்கலத்தில் உள்ள மற்றொரு அணுவுடன் கட்டுப்பட்டு சேர்ந்துவிடக்கூடும்; ஓர் எலக்ட்ரான் மற்றும் ஒரு துளை ஆகியவை மீண்டும் சேர்ந்து அவற்றுடன் இணைந்த கட்டற்ற மின்சுமையை அழிப்பதால் இந்த செயலாக்கம் மீண்டும் சேர்தல் எனப்படுகிறது. மீண்டும் சேர்தலில் ஈடுபடும் கேரியர்கள் மின்னோட்டத்தை உருவாக்குவதற்கு பங்களிப்பதில்லை .

குவாண்டம் செயல்திறன் என்பது, மின்கலமானது குறும் சுற்று நிபந்தனைகளில் இயங்கும் போது, மின்னோட்டமாக மாற்றப்பட்ட ஃபோட்டான்களின் சதவீதத்தைக் குறிக்கிறது (அதாவது சேகரிக்கப்பட்ட கேரியர்கள்). புற குவாண்டம் செயல்திறன் (EQE) என்பது மின்னோட்டமாக மாற்றப்பட்ட விழும் ஃபோட்டான்களின் பின்னமாகும், அக குவாண்டம் செயல்திறன் (IQE) என்பது மின்னோட்டமாக மாற்றப்பட்ட உட்கவரப்பட்ட ஃபோட்டான்களின் பின்னமாகும். கணிதவியல் ரீதியாக, அக குவாண்டம் செயல்திறனானது எதிரொளிப்பினாலான புற குவாண்டம் செயல்திறன் (R) மற்றும் சூரிய மின்கலத்தின் அலைபரப்பல் (T) ஆகியவற்றுடன் தொடர்புடையதாக உள்ளது, அதை பின்வருமாறு விளக்கலாம்: $IQE=EQE/(1-R-T)$. தடித்த பெரிய Si சூரிய மின்கலத்திற்கு T மதிப்பு தோராயமாக பூச்சியமாகும் என்பதால் நடைமுறை நிகழ்வுகளில் அது பெரும்பாலும் புறக்கணிக்கப்பட்டுவிடுகிறது நினைவில் கொள்ளவும்.

சூரிய மின்கலத்தினால் மாற்றப்படும் ஆற்றலின் பின்னத்தைப் பற்றிய விவரங்கள் எதையும் வழங்குவதில்லை என்பதால், குவாண்டம் செயல்திறன் என்பதை ஆற்றல் மாற்ற செயல்திறனுடன் குழப்பிக்கொள்ளக்கூடாது. மேலும், குவாண்டம் செயல்திறனானது மிகவும் பயனுள்ள வகையில் நிறமாலை அளவீடுகளில் (அதாவது, ஃபோட்டன் அலைநீளம் அல்லது ஆற்றலின் ஒரு சார்பாக) வெளிப்படுத்தப்படுகின்றன. பெரும்பாலான குறைக்கடத்திகளில் சில அலைநீளங்கள் பிறவற்றை விட மிகவும் செயல்திறன் மிக்க விதத்தில் உட்கவரப்படுவதால், குவாண்டம் செயல்திறனின் நிறமாலை அளவீடுகள் குறைக்கடத்தித் தொகுப்பு மற்றும் புறப்பரப்புகள் ஆகியவற்றின் தரம் பற்றிய மதிப்பு மிக்க தகவல்களை வழங்கக்கூடும்.

அதிகபட்ச ஆற்றல் புள்ளி

ஒரு சூரிய மின்கலமானது பல்வேறு வரம்புகளிலமைந்த மின்னழுத்தங்களின் (V) மற்றும் மின்னோட்டத்தின் (I) கீழ் இயக்கப்படலாம். ஒளியூட்டப்பட்ட மின்கலத்திலுள்ள தடை மிக்க சுமையை பூச்சியத்திலிருந்து (ஒரு குறும் சுற்று ) ஒரு மிக அதிக மதிப்புக்கு (ஒரு திறந்த சுற்று ) அதிகரிப்பதன் மூலம், அதிகபட்ச ஆற்றல் புள்ளியைத் தீர்மானிக்க முடியும், அதாவது அதுவே V×I மதிப்பை அதிகரிக்கும் புள்ளியாகும்; அதாவது ஒளியூட்டப்பட்ட நிலையில் ஒரு சூரிய மின்கலமானது அதிகபட்ச மின் திறனை வழங்கக்கூடிய நிபந்தனைக்குத் தேவையான சுமையாகும். (குறும் சுற்று மற்றும் திறந்த சுற்று ஆகிய இரண்டிலும் உச்ச மதிப்புகளில் வெளியீடு திறன் பூச்சியமாகும்).

அதிக தரம் கொண்ட, ஒரு மோனோகிரிஸ்டலின் சிலிக்கான் சூரிய மின்கலமானது 25 °C மின்கல வெப்பநிலையில் 0.60 வோல்ட்டுகள் திறந்த மின்சுற்றை(V_OC ) உருவாக்கக்கூடும். 25 °C காற்று வெப்பநிலையிலும் முழு சூரிய ஒளியிலான மின்கல வெப்பநிலையானது சுமார் 45 °C க்கு அருகாமையில் இருக்கும், இது திறந்த சுற்று மின்னழுத்தத்தை ஒரு மின்கலத்திற்கு 0.55 வோல்ட் என்னும் வீதத்தில் குறைக்கிறது. இவ்வகை மின்கலத்தில், குறும் சுற்று மின்னோட்டத்தை (Isc) அடையும் வரை மின்னழுத்தமானது மிதமாகக் குறைகிறது. அதிகபட்ச திறன் (45 °C மின்கல வெப்பநிலையில்) வழக்கமாக திறந்த சுற்று மின்னழுத்தத்தில் 75% முதல் 80% (இந்த சூழலில் 0.43வோல்ட்டுகள்) மற்றும் குறும் சுற்று மின்னோட்டத்தில் 90% எனவும் உள்ளது. இந்த வெளியீடானது V_OC x I_SC பெருக்கற்பலனில் 70% ஆக இருக்கலாம். ஒரு மின்கலத்திலிருந்து வரும் குறும் சுற்று மின்னோட்டமானது (Isc) கிட்டத்தட்ட, அதன் ஒளியூட்டத்திற்கு நேர்த்தகவில் உள்ளது, மேலும் ஒளியூட்டமானது 80% குறையும் போது திறந்த சுற்று மின்னழுத்தமானது(V_OC ) 10% மட்டுமே குறையக்கூடும். குறைந்த தரம் கொண்ட மின்கலங்களில், மின்னோட்டத்தின் அதிகரிப்பின் போது மின்னழுத்தம் அதிகமாகக் குறைகிறது, 1/2 I_SC இல் 1/2 V_OC மட்டுமே அதிலிருந்து கிடைக்கிறது. பயன்படத்தக்க திறன் வெளியீடானது V_OC x I_SC பெருக்கற்பலனின் 70% இலிருந்து 50% அல்லது 25% என்ற குறைவான சதவீதத்திற்கும் குறையலாம். சுமை வளைவுகளை வழங்காமல் தங்கள் சூரிய மின்கல "திறனை" V_OC x I_SC ஆக மட்டுமே மதிப்பிடும் விற்பனையாளர்கள், அவர்களின் சாதனங்களின் உண்மையான செயல்திறனை மிகைப்படுத்திக் காண்பிக்கிறார்கள் என்பதே உண்மை.

ஒரு ஒளிமின்னழுத்த விளைவின் அதிகபட்ச திறன் புள்ளியானது விழும் ஒளியூட்டத்தைப் பொறுத்து மாறுகிறது. கூடுதல் செலவுகளை நியாயப்படுத்தப் போதுமான அளவு பெரியதாக உள்ள அமைப்புகளுக்கு, ஒரு அதிகபட்ச திறன் கண்காணிப்பான் அமைக்கப்பட்டுள்ளது, அது மின்னழுத்தம் மற்றும் மின்னோட்டம் ஆகியவற்றை தொடர்ச்சியாக அளவிடுவதன் மூலம் (இதன் மூலம் திறன் மாற்றத்தையும்) அந்தந்தக் கணத்திற்கான திறனைக் கண்காணிக்கிறது, மேலும் இந்தத் தகவலைப் பயன்படுத்தி, மாற்றப்படும் திறனானது எப்போதும் அதிகமாக இருக்கும் வகையில் சுமையை செயல்மிகு முறையில் சரிசெய்கிறது, இதற்கு ஒளியளவு எவ்வளவு என்பது பொருட்டல்ல.

நிரப்புக் காரணி

ஒரு சூரிய மின்கலத்தின் ஒட்டுமொத்த நடத்தையை விரையறுக்கு மற்றொரு உறுப்பு நிரப்புக் காரணியாகும் (FF ). இது அதிகபட்ச திறன் புள்ளி திறந்த சுற்று மின்னழுத்தத்திற்கும் (V_oc ) குறும் சுற்று மின்னோட்டம் (I_sc ) ஆகியவற்றின் பெருக்கற்பலனுக்கும் உள்ள விகிதமாகும்:

$FF={\frac {P_{m}}{V_{oc}\times I_{sc}}}={\frac {\eta \times A_{c}\times E}{V_{oc}\times I_{sc}}}.$

நிரப்புக் காரணியானது மின்கலங்களின் தொடர் மற்றும் புற மின் தடைகளின் மதிப்புகளால் நேரடியாக பாதிக்கப்படுகிறது. புற மின் தடைகளை (Rsh) அதிகரிப்பது மற்றும் தொடர் மின் தடைகளை (Rs) குறைப்பதால் நிரப்புக் காரணியின் மதிப்பு அதிகரிக்கும், ஆகவே செயல்திறனானது அதிகபட்சமாக இருக்கும், மேலும் இது மின்கலங்களின் வெளியீடு திறனை அதன் கோட்பாட்டியல் ரீதியான அதிகபட்ச மதிப்பிற்கு அருகாமையாக்க முயற்சிக்கும்

ஆற்றல் மாற்ற செயல்திறன்களின் ஒப்பீடு

இந்தப் புள்ளியில், குழப்பத்தைக் குறைப்பதற்காக வெளி மின்கலங்கள் மற்றும் காற்று மின்கலங்கள் ஆகியவற்றின் செயல்திறன்களைக் கணக்கிடும் வெவ்வேறு முறைகளைப் பற்றி விவாதிப்பது தேவையானதாகும். வளிமண்டலம் இல்லாத வெளியில், சூரிய நிறமாலையானது ஒப்பீட்டில் வடிகட்டப்படாததாக உள்ளது. இருப்பினும், பூமியில் உள்வரும் ஒளியை காற்று வடிப்பதனால் சூரிய நிறமாலையானது மாற்றமடைகிறது. இந்த நிறமாலை வேறுபாடுகளை கருத்தில் கொள்வதற்காக இந்த வடிகட்டல் விளைவைக் கணக்கிட ஒரு முறை உருவாக்கப்பட்டது. வடிகட்டல் விளைவு வெளியில் காற்று நிறை 0 (AM0) என்பதிலிருந்து பூமியீல் தோராயமாக 1.5 காற்று நிறை வரையில் உள்ளது. நிறமாலை வேறுபாடுகளை சூரிய மின்கலத்தின் குவாண்டம் செயல்திறனால் பெருக்கினால் அதன் பலனானது சாதனத்தின் செயல்திறனை வழங்கும். எடுத்துக்காட்டுக்கு, ஒரு சிலிக்கான் சூரிய மின்கலமானது AM0 இல் வெளியில் 14% செயல்திறனைக் கொண்டிருக்கலாம், ஆனால் AM 1.5 இல் பூமியில் அது 16% செயல்திறனையே கொண்டிருக்கும். காற்று சார்ந்த செயல்திறன்கள் வழக்கமாக வெளி செயல்திறன்களை விட அதிகமாக உள்ளன.

சூரிய மின்கல செயல்திறன்கள் அமர்ஃபஸ் சிலிக்கான் அடிப்படையிலான சூடிய மின்கலங்களுக்கு 6% என்பதிலிருந்து பல சந்தி ஆராய்ச்சி ஆய்வக மின்கலங்களுக்கு 40.7% வரையிலும் பல டைகள் கலப்பு தொகுப்பாக அமைக்கப்பட்ட மின்கலங்களுக்கு 42.8% வரையிலும் இருக்கின்றன. வணிக ரீதியாக கிடைக்கும் மல்டிகிரிஸ்டலின் Si சூரிய மின்கலங்களுக்கான ஆற்றல் மாற்ற செயல்திறன்கள் சுமார் 14-19% என்னுமளவில் உள்ளன. மிக அதிக செயல்திறன் கொண்ட மின்கலங்கள் எப்போதுமே பொருளாதார ரீதியாக சிறந்தவையாக இருப்பதில்லை— எடுத்துக்காட்டுக்கு கேலியம் ஆர்சனைடு அல்லது இண்டியம் செலனைடு போன்ற வேற்றுப் பொருள்களின் அடிப்படையிலானதும் குறைந்த அளவில் மட்டுமே உற்பத்தி செய்யப்படுவதுமான 30% செயல்திறனுள்ள பல சந்தி மின்கலங்கள், 8% செயல்திறனுள்ள மொத்த உற்பத்தி அமார்ஃபஸ் சிலிக்கான் மின்கலத்தினோடு ஒப்பிடுகையில் நூறு மடங்கு அதிக செலவைக் கொண்டது, மேலும் அவை நான்கு மடங்கு மட்டுமே அதிக மின் சக்தியினை வழங்குகின்றன.

இருப்பினும், சூரிய திறனை "மேலுயர்த்த" ஒரு வழி உள்ளது. ஒளியின் செறிவை அதிகரிப்பதன் மூலம், வழக்கமாக ஒளியால் உருவாக்கப்படும் கேரியர்களின் எண்ணிக்கை அதிகரிக்கிறது, இதன் விளைவாக 15% வரையில் செயல்திறன் அதிகரிக்கிறது. "உயர் செறிவு அமைப்புகள்" என அழைக்கப்படும் இவை, உயர் செயல்திறன் கொண்ட GaAs மின்கலங்களின் உருவாக்கத்தினாலேயே அவற்றுக்கு விலை ரீதியான போட்டியாக வரத் தொடங்கியுள்ளன. செறிவிலான அதிகரிப்பானது வழக்கமாக செறிவாக்கும் ஒளியியலைப் பயன்படுத்தி செய்யப்படுகிறது. வழக்கமான செறிவாக்கி அமைப்பு சூரியனைப் போன்ற 6-400 மடங்கு செறிவுள்ள ஒளியைப் பயன்படுத்தலாம், மேலும் ஒரு சூரிய GaAs மின்கலத்தின் செயல்திறனை AM 1.5 இல் 31% முதல் 35% வரை அதிகரிக்கலாம். கீழே உள்ள சூரிய மின்கல#செறிவாக்கும் ஒளிமின்னழுத்த அமைப்புகள் (CPV) மற்றும் செறிவாக்கும் சூரிய திறன் (CSP) ஆகியவற்றைக் காண்க.

ஒரு கிலோவாட்-மணி(kWh) க்கான செலவைக் கணக்கிடுவதே, மின்சாரம் உற்பத்தி செய்யும் அமைப்புகளின் பொருளாதார ரீதியான விலையைக் கணக்கிடப் பயன்படுத்தப்படும் ஒரு பொதுவான முறையாகும். கிடைக்கக்கூடிய ஒளியூட்டத்துடன் கூடிய சூரிய மின்கல செயல்திறனானது விலையில் அதிக பாதிப்பை ஏற்படுத்துகிறது, ஆனால் பொதுவாகக் கூறுகையில் ஒட்டுமொத்த அமைப்பின் செயல்திறன் முக்கியமானது. வணிகரீதியாகக் கிடைக்கும் சூரிய மின்கலங்கள் (2006 வரை) மற்றும் அமைப்புகளைப் பயன்படுத்தி, நமது தொழில்நுட்பமானது 5 மற்றும் 19% என்னும் அமைப்பு செயல்திறன் வரையில் அடைந்துள்ளன. 2005 வரையில், ஒளிமின்னழுத்த மின்சார உருவாக்கத்தின் செலவு ~0.60 US$/kWh (0.50 €/kWh) முதல் (மத்திய ஐரோப்பா), அதிக சூரிய ஒளியூட்டப் பகுதிகளில் ~0.30 US$/kWh (0.25 €/kWh) வரையிலான மதிப்பைக் கொண்டிருந்தது. இந்த மின்சாரமானது பொதுவாக மீட்டரின் வாடிக்கையாளர் பக்கத்திலுள்ள மின்சார கிரிட்டில் செலுத்தப்படுகிறது. இது, (2005 இன் படி) உலகளவில் 0.04 மற்றும் 0.50 US$/kWh ஆகியவற்றுக்கிடையே மாறுபடக்கூடிய பொதுவாக அதிகமாகப் பயன்பாட்டில் உள்ள சில்லறை மின்சார விலையுடன் ஒப்பிடக்கூடியதாக உள்ளது. (குறிப்பு: சூரிய ஒளியூட்டப் பயன்வகைகளுடன், kWh க்கான செலவுகள் கணக்கீடுகளானவை, ஓர் அமைப்பின் பயன்மிக்க ஆயுளுக்குக் கருதப்படும் ஆண்டுகளைச் சார்ந்து மாறுபடும். பெரும்பாலான c-Si பேனல்களுக்கு 25 ஆண்டுகளுக்கு காப்புறுதியளிக்கப்படுகிறது, மேலும் அவை வழக்கமாக 35+ ஆண்டுகள் வரை நீடித்திருக்க வேண்டும்.)

உச்ச வாட்கள்

சூரிய மின்கல வெளியீடு திறனானது, சூரியனின் விழும் கோணம் போன்ற பல காரணிகளைச் சார்ந்ததாக இருப்பதால், வெவ்வேறு பேனல்கள் மற்றும் மின்கலங்களின் ஒப்பீட்டுத் தேவைகளுக்கு உச்ச வாட்களின் (Wp) அளவீடு பயன்படுத்தப்படுகிறது. இந்த நிபந்தனைகளின் கீழான வெளியீடு திறனானது STC எனப்படுகிறது. தரநிலையான சோதனை நிபந்தனைகள் என்பது, 1 kW/m² சூரிய ஒளிக்குட்படுத்தல் (சூரிய ஒளியூட்டம்), 1.5 மதிப்புள்ள சூரிய குறிப்பு நிறமாலை AM (காற்று நிறை(ஏர்மாஸ்)) மற்றும் 25 °C மின்கல வெப்பநிலை ஆகியவற்றைக் குறிக்கும்.

சூரிய மின்கலங்களின் ஆற்றல் வழங்குக் காலம்

சிலிக்கான் மின்கலங்கள் இன்றைய மின்கலங்களின் தடிமனைப் போன்று இரு மடங்கு அதிக தடிமனும் குறைவான செயல்திறன்களையும் குறைவான ஆயுட்காலத்தையும் கொண்டிருந்த 1990களில், ஒரு செல் உருவாக்கி வழங்கும் ஆற்றலை விட அதை உருவாக்க தேவைப்படும் ஆற்றல் அதிகமாக இருந்தது. அதே நேரத்தில், தொழில்நுட்பமானது குறிப்பிடத்தக்க அளவு முன்னேறி, தொழில்நுட்ப ஆற்றல் அமைப்புகளை உருவாக்குவதற்கு செலவிடப்பட்ட ஆற்றலை அது மீண்டும் வழங்குவதற்கு அது எடுத்துக்கொள்ளும் காலம் என வரையறுக்கப்படும் ஆற்றல் வழங்குக் காலமானது, நவீன ஒளிமின்னழுத்த ரீதியிலான மாட்யுலுக்கு, அதன் வகை மற்றும் இருப்பிடத்தைச் சார்ந்து, பொதுவாக 1 முதல் 4 ஆண்டுகளாக இருந்தது. பொதுவாக, மெல்லிய ஏடு தொழில்நுட்பங்கள் - ஒப்பீட்டில் மாற்ற செயல்திறன் குறைவாக இருந்தபோதிலும் - வழக்கமான ஆற்றல் அமைப்புகளைக் காட்டிலும் குறைவான ஆற்றல் வழங்குக்காலத்தைக் கொண்டிருந்தன (பெரும்பாலும்< 1 ஆண்டு). 20 முதல் 30 ஆண்டுகள் என்னும் இந்த பொதுவான ஆயுட்காலத்தைக் கொண்டிருந்த நவீன சூரிய மின்கலங்கள் நிகர ஆற்றல் உற்பத்தியாளர்களாகும், அதாவது அவற்றை உற்பத்தி செய்த நேரத்தில் செலவிடப்பட்ட ஆற்றலை விட குறிப்பிடத்தக்க மடங்கு அதிகமான ஆற்றலை உருவாக்கி வழங்குகின்றன.

ஒளி உட்கவரும் பொருள்கள்

அனைத்து சூரிய மின்கலங்களுக்கும், ஃபோட்டான்களை உட்கவர்ந்து ஒளி மின்னழுத்த விளைவினால் எலக்ட்ரான்களை உருவாக்க, மின்கல கட்டமைப்புக்குள் அமைக்கப்பட்ட ஒரு ஒளி உட்கவரும் பொருள் தேவைப்படுகிறது. சூரிய மின்கலங்களில் பயன்படுத்தப்படும் பொருள்கள் பூமியை நோக்கி வரும் சூரிய ஒளியின் தேவையான அலைநீளங்களை உட்கவரும் பண்பைக் கொண்டுள்ளன. இருப்பினும், சில சூரிய மின்கலங்கள் பூமியின் வளிமண்டலத்திற்கும் அப்பாற்பட்ட ஒளியை உட்கவரும் வகையில் உகந்ததாக்கப்பட்டுள்ளன. வெவ்வேறு ஒளி உட்கவர்தல் மற்றும் மின்சுமைப் பிரிப்பு இயங்கம்சங்களின் ஆதாயத்தைப் பயன்படுத்திக்கொள்வதற்காக ஒளி உட்கவரும் பொருள்கள் பெரும்பாலும் பல இயற்பியல் உள்ளமைவுகளில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

ஒளிமின்னழுத்த பேனல்கள் வழக்கமாக சிலிக்கான் அல்லது மெல்லிய ஏடு மின்கலங்களினால் உருவாக்கப்படுகின்றன:

தற்போது கிடைக்கும் பல சூரிய மின்கலங்கள் தொகுப்புப் பொருள்களாக உள்ளமைக்கப்பட்டுள்ளன, அதனால் அவை செதில்களாக துண்டாக்கக்கூடியவையாகவும் "மேலிருந்து கீழான" முறை உருவாக்கத்தையும் கொண்டவையாக உள்ளன (தொகுப்புப் பொருளில் மிகவும் பிரபலானது சிலிக்கான் ஆகும்).

பிற பொருள்கள் மெல்லிய-ஏடுகளாக உள்ளமைக்கப்படுகின்றன (கனிம அடுக்குகள், கரிம சாயங்கள் மற்றும் கரிம பாலிமர்கள்) அவை ஆதரவளிக்கும் அடிமூலக்கூறுகளால் பூசப்பட்டுள்ளன, மூன்றாவது குழுவானது நானோகிரிஸ்டல்களாக உள்ளமைக்கப்பட்டுள்ளன, மேலும் அவை "அடிமுதல்-மேல் நோக்கிய" அணுகுமுறையில் அமைந்த ஓர் ஆதரவு அணியில் உட்பொதிக்கப்பட்ட குவாண்டம் புள்ளிகளாக பயன்படுத்தப்படுகின்றன (எலக்ட்ரான்-கட்டுண்ட நானோதுகள்கள்). தொகுப்பு (செதில்-அடிப்படையிலானது என்றும் அழைக்கப்படுகிறது) மற்றும் மெல்லிய-ஏடு உள்ளமைவுகள் ஆகிய இரண்டு முறையிலும் நன்கு ஆராய்ச்சி செய்யப்பட்ட ஒரே பொருளாக சிலிக்கான் மட்டுமே உள்ளது.

தொகுப்பு

இந்த தொகுப்பு தொழில்நுட்பங்கள் சில நேரங்களில் செதில்-அடிப்படையிலான உற்பத்தி எனவும் அழைக்கப்படுகின்றன. வேறு விதமாகக் கூறுவதென்றால், இந்த அணுகுமுறைகள் ஒவ்வொன்றிலும் 180 முதல் 240 மைக்ரோமீட்டர்கள் தடிமன் கொண்ட சுய ஆதரவுள்ள செதில்கள் செயலாக்கப்பட்டு சூட்டினால் இணைக்கப்பட்டு ஒரு சூரிய மின்கல மாட்யுல் உருவாக்கப்படுகிறது.

கிரிஸ்டலின் சிலிக்கான்

சிலிக்கான் அடிப்படையிலான சூரிய மின்கலத்தின் அடிப்படைக் கட்டமைப்பு மற்றும் அதன் இயங்கியல்.

அநேகமாக, பெரும்பாலும் சூரிய மின்கலங்களுக்காக உள்ள தொகுப்பு பொருள் கிரிஸ்டலின் சிலிக்கானே ஆகும் (c-Si என்ற குழுவாக சுருக்கமாகக் கூறப்படுகிறது), இது "சோலார் க்ரேடு சிலிக்கான்" எனவும் அழைக்கப்படுகிறது. படிகத்தன்மை மற்றும் படிக அளவு ஆகியவற்றைப் பொறுத்து தொகுப்பு சிலிக்கான் பல வகைகளாகப் பிரிக்கப்படுகிறது, அதன் விளைவாக இங்காட், ரிப்பன் அல்லது செதில் ஆகியவை கிடைக்கின்றன.

1. மோனோ கிரிஸ்டலின் சிலிக்கான் (c-Si): பெரும்பாலும் சொக்ரால்ஸ்கி செயலாக்கத்தைப் பயன்படுத்தி உருவாக்கப்படுகிறது. ஒற்றை-படிக செதில் மின்கலங்கள் அதிக செலவுடையனவாக உள்ளன மேலும் அவை உருளை வடிவ இங்காட்களிலிருந்து வெட்டி உருவாக்கப்படுவதால், கணிசமான அளவு சுத்திகரிக்கப்பட்ட சிலிக்கானை வீணாக்காமல் சதுர வடிவ சூரிய மின்கல மாட்யுலை முழுவதுமாக மூடுவதில்லை. இதனால் பெரும்பாலான c-Si பேனல்கள் மின்கலங்களின் நான்கு மூலைகளிலும் மூடப்படாத இடைவெளிகளைக் கொண்டிருக்கின்றன.
2. பாலி- அல்லது மல்டிகிரிஸ்டலின் சிலிக்கான் (பாலி-Si அல்லது mc-Si): இவை வார்ப்பு சதுர இங்காட்களிலிருந்து உருவாக்கப்படுகின்றன் — அந்த இங்காட்கள் கவனமாக குளிர்வித்து திடத்தன்மைக்கு மாற்றி செய்யப்படும் பெரிய உருக்கிய சிலிக்கான் தொகுப்புகளால் உருவாக்கப்படுகின்றன. பாலி-Si மின்கலங்கள் ஒற்றை படிக சிலிக்கான் மின்கலங்களுடன் ஒப்பிடுகையில் குறைந்த செலவுடையவை, ஆனால் குறைந்த செயல்திறனுடையவை. மல்டிகிரிஸ்டலின் விற்பனையானது மோனோகிரிஸ்டலின் சிலிக்கானின் விற்பனையை விட அதிகமாக இருந்ததாக US DOE தரவுகள் காண்பிக்கின்றன.

   ரிப்பன் சிலிக்கான் என்பது ஒரு வகை மல்டிகிரிஸ்டலின் சிலிக்கானாகும்: உருக்கிய சிலிக்கானிலிருந்து மெல்லிய இழைகளை எடுப்பதன் மூலம் அது உருவாக்கப்படுகிறது, இதனால் மல்டிகிரிஸ்டலின் கட்டமைப்பைப் பெறுகிறது. இந்த மின்கலங்கள் பாலி-Si செயல்திறன்களை விட குறைவான செயல்திறன்களைக் கொண்டுள்ளன, ஆனால் இந்த அணுகுமுறையில் இங்காட்களிலிருந்து அறுக்கத் தேவையில்லை என்பதால், சிலிக்கான் வீணடிப்பின் குறைவான அளவின் காரணமாக உற்பத்தி செலவுகளைக் குறைக்கின்றன.

மெல்லிய ஏடுகள்

தற்போது உருவாக்கப்பட்டுவரும் பல்வேறு மெல்லிய-ஏடு தொழில்நுட்பங்கள் ஒரு சூரிய மின்கலத்தை உருவாக்குவதற்குத் தேவைப்படும் ஒளி உட்கவரும் பொருளின் அளவு (அல்லது நிறையை) குறைக்கின்றன. இதனால் தொகுப்புப் பொருள்களிலிருந்து செயலாக்கப்படுவதற்கான செலவுகளைக் குறையக்கூடும் (சிலிக்கான் மெல்லிய ஏடுகளின் நிகழ்வில்) ஆனால் இது ஆற்றல் மாற்ற செயல்திறனையும் (சராசரியாக 7 முதல் 10% செயல்திறன்), இருப்பினும் பல பல-அடுக்கு மெல்லிய ஏடுகள் தொகுப்பு சிலிக்கான் செதில்களின் செயல்திறனை விட அதிக செயல்திறன்களைக் கொண்டுள்ளன.

அவை, குறைந்த செலவுகள் மற்றும் நெகிழ்தன்மை, குறைவான எடைகள் மற்றும் ஒருங்கிணைப்பதில் உள்ள எளிமை உள்ளடங்கிய நன்மைகளால் செதில் சிலிக்கானை விட மிகவும் பிரபலமாயின.

கேட்மியம் டெல்லுரைடு சூரிய மின்கலம்

கேட்மியம் டெல்லுரைடு சூரிய மின்கலம் என்பது கேட்மியம் டெல்லுரைடு அடிப்படையிலான சூரிய மின்கலமாகும், கேட்மியம் டெல்லுரைடு மெல்லிய-ஏடு மின்கலங்களுக்கான ஒரு செயல்திறன் மிக்க ஒளி உட்கவரும் பொருளாகும். பிற மெல்லிய ஏடு பொருள்களுடன் ஒப்பிடுகையில், CdTe படிவாக்கலுக்கு மிகவும் எளிதானதும் பெரிய அளவிலான உற்பத்திக்கு ஏற்றதுமாகும்.

CdTe-அடிப்படையிலான சூரிய மின்கலங்களின் நச்சுத் தன்மை பற்றி பெரும் விவாதம் இருந்துவருகிறது. CdTe இன் நச்சுத்தன்மையின் புரிதலானது கேட்மியம் தனிமத்தின் நச்சுத் தன்மையை அடிப்படையாகக் கொண்டது, அது சேர்க்கை நஞ்சு தன்மை கொண்ட கடினமான உலோகமாகும். CdTe இன் நச்சுத் தன்மை தற்போது விவாதத்திற்குரியதாக இருக்கையில், சாதாரணமான இயக்கங்களின் போது கேட்மியம் வளிமண்டலத்தில் வெளியிடப்படுவதற்கான சாத்தியக்கூறு இல்லை, மேலும் வீட்டுக் கூரைகளில் தீப்பிடிக்கும் சமயங்களிலும் இது போல் நிகழ வாய்ப்பில்லை என நிரூபிக்கப்பட்டுள்ளது. மேலும், ஒரு சதுர மீட்டர் CdTe இல் தோராயமாக ஓர் ஒற்றை C மின்கல நிக்கல்-கேட்மியம் பேட்டரியில் உள்ள அதே அளவிலான Cd மட்டுமே உள்ளது, அதுவும் மிகவும் நிலைத்தன்மையும் கரையும் தன்மையுடனும் உள்ளது.

காப்பர்-இண்டியம் செலனைடு

${\begin{pmatrix}\mathrm {Cu} \\\mathrm {Ag} \\\mathrm {Au} \end{pmatrix}}{\begin{pmatrix}\mathrm {Al} \\\mathrm {Ga} \\\mathrm {In} \end{pmatrix}}{\begin{pmatrix}\mathrm {S} \\\mathrm {Se} \\\mathrm {Te} \end{pmatrix}}_{2}$ ஒளிமின்னழுத்த விளைவுத் தன்மை கொண்டிருக்கும் சாத்தியமுள்ள தனிம வரிசை அட்டவணையிலுள்ள (I, III, VI) தனிமங்களின் சேர்க்கைகள்

ஒளிமின்னழுத்த பயன்பாடுகளின் தன்மை கொண்டிருக்கக்கூடிய CuInSe₂ அடிப்படையிலான பொருள்களில், தனிம வரிசை அட்டவணையின் குழு I, III மற்றும் VI ஆகியவற்றின் சில தனிமங்கள் அடங்கும். இந்த குறைக்கடத்திகள் குறிப்பாக மெல்லிய ஏடு சூரிய மின்கலப் பயன்பாடுகளுக்கு மிகவும் ஏற்றவை, ஏனெனில் அவற்றின் ஒளி உட்கவர்தல் குணகம் அதிகமானதாகும் மேலும் அவற்றின் பல்வேறுபட்ட ஒளியியல் மற்றும் மின்னியல் சிறப்பியல்புகளின் காரணமாக கொடுக்கப்பட்ட ஏதேனும் ஒரு சாதனத்தில் அவற்றினை தேவையான விதத்தில் மாற்றி அமைத்துக்கொள்ள முடியும்.

CIS என்பது காப்பர் இண்டியம் செலனைடின் (C uI nS e₂) கால்கோப்பரைட் ஏடுகளுக்கான பொதுவான சுருக்கமாகும், கீழே குறிப்பிடப்பட்டுள்ள CIGS ஆனது CIS இன் ஒரு மாறுவகையாகும். CIS ஏடுகள் (Ga அல்ல) 14% க்கும் அதிகமான செயல்திறனை அடைந்தன. இருப்பினும், அமார்ஃபஸ் சிலிக்கான் சூரிய மின்கலங்களுடன் ஒப்பிடும் போது தற்போதைய CIS சூரிய மின்கலங்களின் உற்பத்தி செலவுகள் அதிகமானதே, ஆனால் தொடர்ச்சியான பணியால் மிகவும் விலைத்திறன் கொண்ட உற்பத்தி செயலாக்கத்திற்கு வழிவகுக்கலாம். CIS மாட்யூல்களின் முதல் பெரிய அளவிலான உற்பத்தி 2006 ஆம் ஆண்டில் ஜெர்மனியில் உர்த் சோலார் நிறுவனத்தால் தொடங்கப்பட்டது. உற்பத்தி நுட்பங்கள் வேறுபடுகின்றன, மேலும் உலோகப் படிவிற்கு அல்ட்ரா நாசில்கள் போன்றவற்றைப் பயன்படுத்துவதும் அதற்கான நுட்பங்களில் அடங்கும். CI(G)S அடுக்கை அமைப்பதற்கு மின் முலாம் பூசுதல் முறை மற்றொரு செயல்திறன் தொழில்நுட்பத்தில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

CIS இல் உள்ள சில இண்டியத்திற்கு பதிலாக கேலியம் பதிலீடு செய்யப்பட்டால், அது CIGS அல்லது காப்பர் இண்டியம்/கேலியம் டிசெலனைடு என அழைக்கப்படும், இது CuInSe₂ மற்றும் CuGaSe₂ ஆகிய குறைக்கடத்திகளின் திடக் கலவையாகும், பெரும்பாலும் இதன் வேதியல் வாய்பாடு CuIn_xGa_(1-x)Se₂ என சுருக்கமாக எழுதப்படுகிறது. எளிய p-n சந்தியாக மாதிரியாக்கம் செய்யக்கூடியதான வழக்கமான சிலிக்கான் அடிப்படையிலான சூரிய மின்கலத்தைப் போலன்றி (குறைக்கடத்தி பிரிவில் காண்க), இந்த மின்கலங்கள் மிகவும் சிக்கலான ஹெட்ரோஜங்க்ஷன் மாதிரியாலேயே சிறப்பாக விளக்கப்படுகின்றன. 2008 மார்ச் வரையில், CIGS உட்கவர்தல் அடுக்குடன் கூடிய ஒரு மெல்லிய ஏடு சூரிய மின்கலத்தின் சிறந்த செயல்திறன் 19.9% ஆக இருந்தது. விழும் ஒளியின் செறிவை அதிகரிக்க ஒளியியல் அம்சங்களைப் பயன்படுத்துதல் அல்லது பல சந்தி வரியிணை சூரிய மின்கலங்களைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் அதிக செயல்திறன்கள் (சுமார் 30%) அடையப்படக்கூடும். கேலியம் பயன்படுத்துவதால் CIS உடன் ஒப்பிடுகையில் CIGS அடுக்கின் ஒளியியல் பட்டை இடைவெளி அதிகரிக்கிறது, இதனால் திறந்த சுற்று மின்னழுத்தம் அதிகரிக்கிறது, ஆனால் குறும் சுற்று மின்னோட்டம் குறைகிறது. மற்றொரு கோணத்தில், இண்டியத்துடன் ஒப்பிடுகையில் கேலியத்தின் கிடைக்கும் தன்மை அதிகமாக இருப்பதால் இண்டியத்திற்கு பதிலீடாக கேலியம் சேர்க்கப்படுகிறது. தற்காலத்தில் உருவாக்கப்படும் இண்டியத்தில் 70% தட்டைத் திரை மானிட்டர் உற்பத்தி செய்யும் தொழிற்துறையினால் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இருப்பினும், >19% செயல்திறனுள்ள CIGS சூரிய மின்கலங்களில் Ga இன் அணு வீதம் ~7% என உள்ளது, அதற்கான பட்டை இடைவெளி ~1.15 eV என உள்ளது. அதிக Ga கொண்டுள்ள CIGS சூரிய மின்கலங்கள் குறைவான செயல்திறனே கொண்டுள்ளன. எடுத்துக்காட்டுக்கு, CGS சூரிய மின்கலங்கள் (பட்டை இடைவெளி ~1.7 eV எனக் கொண்டுள்ளவை தூய CGS க்கு 9.5% செயல்திறனையும் மேற்பரப்பு மாற்றியமைக்கப்பட்ட CGS க்கு 10.2% செயல்திறனையும் கொடுத்துள்ளதாகப் பதிவு செய்யப்பட்டுள்ளது. சூரிய தொழில்நுட்பத்தின் சில முதலீட்டாளர்கள் CIGS மின்கலங்களின் உற்பத்தியானது இண்டியம் கிடைக்கும் தன்மையைப் பொறுத்து வரம்புக்குட்பட்டதாக ஆகிவிடும் என்று கவலை கொண்டுள்ளனர். 2 GW CIGS மின்கலங்களை உற்பத்தி செய்வதற்கு (தோராயமாக 2006 ஆம் ஆண்டில் உற்பத்தி செய்யப்பட்ட சிலிக்கான் மின்கலங்களின் அளவு) 2004 ஆம் ஆண்டில் உருவாக்கப்பட்ட இண்டியத்தில் 10% பயன்படுத்தப்பட வேண்டும். ஒப்பீட்டிற்கு, சிலிக்கான் சூரிய மின்கலங்கள் 2006 ஆம் ஆண்டில் உலகின் எலக்ட்ரானிக் கிரேடு சிலிக்கான் உற்பத்தியில் 33% ஐப் பயன்படுத்தியது.

அடுக்கில் சிறப்பான சீரான தன்மையை Se வழங்குகிறது, மேலும் இதனால் ஏட்டிலுள்ள மீண்டும் சேர்தல் மையங்களின் எண்ணிக்கை குறைக்கப்பட்டு குவாண்டம் செயல்திறன் அதிகரிக்கப்படுகிறது, இதனால் மாற்ற செயல்திறனும் அதிகரிக்கிறது.

கேலியம் ஆர்சனைடு பலசந்தி

உயர்-செயல்திறன் கொண்ட பலசந்தி மின்கலங்கள் செயற்கைக்கோள்கள் மற்றும் விண்வெளி ஆய்வுகள் போன்ற சிறப்பான பயன்பாடுகளுக்காகவே முதலில் உருவாக்கப்பட்டன, ஆனால் தற்காலத்தில் காற்று சார்ந்த ஒருமுகப்படுத்திகளிலான அவற்றின் பயன்பாடு $/kWh மற்றும் $/W களில் அதிக விலைத்திறன் கொண்டவையாக உள்ளன. இந்த பலசந்தி மின்கலங்களில் உலோக கரிம ஆவி கட்ட வளர்ச்சி முறையின் மூலம் உருவாக்கப்பட்ட மெல்லிய ஏடுகள் உள்ளன. ஒரு முச்சந்தி மின்கலமானது, எடுத்துக்காட்டுக்கு பின்வரும் குறைக்கடத்திகளைக் கொண்டிருக்கலாம்: GaAs, Ge மற்றும் GaInP₂. ஒவ்வொரு வகைக் குறைக்கடத்தியும் ஒரு சிறப்பியல்பு பட்டை இடைவெளி ஆற்றலைக் கொண்டிருக்கும், எளிதாகக் கூறினால் இந்த பட்டை இடைவெளிகளின் காரணத்தினாலேயே மின்காந்த கதிர்வீச்சு நிறமாலையின் ஒரு பகுதியிலிருந்து ஒரு குறிப்பிட்ட நிறத்திலான ஒளி அதிக செயல்திறனுடன் அல்லது மிகத் துல்லியமாக உட்கவரப்படுகிறது. சூரிய நிறமாலையின் அனைத்தையும் உட்கவரும் விதத்தில் இந்தக் குறைக்கடத்திகள் கவனமாகத் தேர்வு செய்யப்படுகின்றன, இதனால் சூரிய ஆற்றலிலிருந்து கூடுமான வரை அதிகபட்ச மின்சாரம் உருவாக்கப்படுகிறது.

தற்போது GaAs அடிப்படையிலான பலசந்தி சாதனங்கள் மிக அதிக செயல்திறன் கொண்ட சூரிய மின்கலங்களாக உள்ளன, அவை சூரிய செறிவு மற்றும் ஆய்வக நிபந்தனைகளின் கீழ் அதிகபட்சமாக 40.7% செயல்திறனை அடைகின்றன.

இந்தத் தொழில்நுட்பமானது தற்போது செவ்வாய்க்கு செல்லும் செயல்களில் பயன்படுத்தப்பட்டுவருகிறது.

கேலியம் இண்டியம் பாஸ்பைடு (GaInP), கேலியம் ஆர்சனைடு GaAs மற்றும் ஜெர்மானியம் Ge pn சந்திகள் ஆகியவை தொடரிணைப்பில் இணைக்கப்பட்ட மோனோலித்திக் அடிப்படையிலான வரியிணை சூரிய மின்கலங்களின் தேவை அதிகமாகியுள்ளது. கடந்த 12 மாதங்களில் மட்டும் (12/2006 - 12/2007), 4N கேலியம் உலோகத்தின் விலை சுமார் ஒரு கிலோகிராம் $350 இலிருந்து $680 க்கு அதிகரித்துள்ளது. கூடுதலாக, ஜெர்மானியம் உலோக விலைகள் இந்த ஆண்டு அதிக அளவாக $1000–$1200 க்கு உயர்ந்துள்ளன. கேலியம் (4N, 6N மற்றும் 7N Ga), ஆர்சனிக் (4N, 6N மற்றும் 7N) மற்றும் ஜெர்மானியம் உள்ளிட்ட உலோகங்கள், கிரிஸ்டல்களை உருவாக்குவதற்குத் தேவையான பைரோலிட்டிக் போரான் நைட்ரைடு (pBN) உருக்குக் கலங்கள் மற்றும் போரான் ஆக்ஸைடு, ஆகியவை பிரித்தெடுக்கும் தொழிற்துறைக்கு மிகவும் அத்தியாவசியமான பொருள்களாகும்.

முச்சந்தி GaAs சூரிய மின்கலங்கள், 2005 மற்றும் 2007 ஆம் ஆண்டுகளில் டட்ச் ஃபோர்-டைம் உலக சோலார் சவால் வெற்றி பெற்ற வாகனமான நூனா மற்றும் டட்ச் சோலார் சோலுட்ரா (2005) மற்றும் ட்வெண்டி ஒன் (2007) ஆகியவற்றிற்கான மின்சார மூலமாகவும் பயன்படுத்தப்பட்டுவந்தன.

2008 ஆம் ஆண்டு ஆகஸ்டு மாதத்தில் டட்ச் ரேட்போர்டு யுனிவெர்சிட்டி நிஜ்மெகென், ஒரு செதில் பேசிலிருந்து கண்ணாடி அல்லது பிளாஸ்டிக் ஏட்டிற்கு மாற்றியனுப்பட்க் கூடிய வெறும் 4 µm தடிமனுள்ள GaAs அடுக்கை மட்டுமே பயன்படுத்தி, மெல்லிய ஏடு சூரிய மின்கலத்திற்கான செயல்திறனின் ஓர் ஒற்றைச் சந்தி GaAs ஐப் பயன்படுத்தி 25.8% செயல்திறனை அடைந்தது பதிவு செய்யப்பட்டுள்ளது.

ஒளி-உட்கவர் சாயங்கள் (DSSC)

பொதுவாக ஒளி உட்கவரும் பொருளின் மோனோலேயராக ஒரு ருத்தேனியம் உலோகககரிம சாயம் (Ru-மையத்திலமைந்தது) பயன்படுத்தப்படுகிறது. சாய உணர்திறன் கொண்ட சூரிய மின்கலமானது மேற்பரப்பை அதிகமாக அதிகரிக்க, நானோபார்டிகுலேட் டைட்டானியம் டை ஆக்சைடின் ஒரு மீசோபோரஸ் அடுக்கைச் சார்ந்தே உள்ளது (தட்டை ஒற்றைப் படிகத்திற்கான தோராய மதிப்பான 10 m²/g உடன் ஒப்பிடுகையில் 200–300 m²/g TiO₂). ஒளி உட்கவரும் சாயத்திலிருந்து ஒளி விளைவால் உருவாக்கப்பட்ட எலக்ட்ரான்கள் n-வகை TiO₂ இன் வழியே செலுத்தப்படுகின்றன, மேலும் துளைகள் சாயத்தின் மற்றொரு பகுதியில் உள்ள ஒரு மின்பகுளியின் வழியே செலுத்தப்படுகின்றன. மின் சுற்றானது மின்பகுளியில் உள்ள ரிடாக்ஸ் ஜோடியில் பூர்த்தி செய்யப்படுகிறது, அது திரவமாகவோ திடப் பொருளாகவோ இருக்கலாம். இந்த வகை மின்கலமானது உலோகங்களின் நெகிழ்தன்மை மிக்க பயன்பாட்டை அனுமதிக்கின்றன, மேலும் வழக்கமாக ஸ்கிரீன் பிரிண்டிங் மற்றும்/அல்லது அல்ட்ராசோனிக் நாசில்களின் பயன்பாடு ஆகியவற்றால் உருவாக்கப்படுகின்றன, மேலும் இவை தொகுப்பு சூரிய மின்கலங்களுக்குப் பயன்படுத்தப்படுபவற்றை விட குறைந்த செயலாக்க செலவுகளைக் கொண்டுள்ள வகையில் உருவாக்கப்படுகின்றன. இருப்பினும், இந்த மின்கலங்களில் உள்ள சாயங்களும் தரக்குறைப்பினால் வெப்பம் மற்றும் UV ஒளி ஆகியவற்றால் பாதிக்கப்படுகின்றன, மேலும் அமைப்பில் பயன்படுத்தப்படும் கரைப்பான்களின் காரணமாக மின்கல மூடுதலை (கேசிங்) மூடுவது கடினமாகிறது. மேலே கூறியபடி இருப்பினும், இது இந்த பத்தாண்டுகளில் வணிக ரீதியான தாக்க முன்கணிப்பிப்புடன் கூடிய மிகவும் பிரபலமான வளர்ந்துவரும் தொழில்நுட்பமாகும். DSSC சூரிய மாட்யுல்களின் முதல் வணிக ரீதியான ஏற்றுமதி 2009 ஆம் ஆண்டு ஜூலை மாதத்தில் G24i இன்னோவேஷன்சிலிருந்து (www.g24i.com) நிகழ்ந்தது.

கரிம/பாலிமர் சூரிய மின்கலங்கள்

கரிம சூரிய மின்கலங்கள் மற்றும் பாலிமர் சூரிய மின்கலங்கள் ஆகியவை மெல்லிய ஏடுகளிலிருந்து (பொதுவாக 100 nm) பாலிமர்கள் போன்ற கரிம குறைக்கடத்திகள் மற்றும் பாலிஃபெனிலைன் வினைலென், காப்பர் தாலோசயனைன் (ஒரு நீல அல்லது பச்சை நிற கரிம நிறமி) போன்ற சிறு மூலக்கூறு சேர்மங்கள் மற்றும் கார்பன் ஃபுல்லரான்கள் மற்றூம் PCBM போன்ற ஃபுல்லரான்களின் வழிப்பொருள்கள் போன்றவற்றிலிருந்து உருவாக்கப்படுகின்றன. கடத்துத்தன்மை கொண்ட பாலிமர்களைப் பயன்படுத்தி அடையப்பெற்ற ஆற்றல் மாற்ற செயல்திறன்கள் கனிம பொருள்களுடன் ஒப்பிடுகையில் குறைவாகவே உள்ளன. இருப்பினும், கடந்த சில ஆண்டுகளில் விரைவில் முன்னேறியது, மேலும் NREL (நேஷனல் ரிநியூவபிள் எனர்ஜி லெபாரட்டரி) சான்றளிக்கப்பட்ட செயல்திறன் 6.77% ஐ அடைந்தது. மேலும், எந்திரவியல் நெகிழ்தன்மை மற்றும் அகற்றுத்தன்மை ஆகியவை முக்கியமாக விளங்கும் சூழல்களிலான பயன்பாடுகளுக்கு இந்த மின்கலங்கள் நன்மை தரக்கூடியவையாக இருக்கலாம்.

இந்த சாதனங்களுக்கு, ஃபோட்டான்கள் உட்கவரப்படும் போது எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் துளைகளைப் பிரிக்க, PN சந்திக்கான பெரிய அளவிலான உள்கட்டமைக்கப்பட்ட மின் புலம் தேவையில்லை என்பதால் கனிம குறைக்கடத்தி சூரிய மின்கலங்களிலிருந்து இவை வேறுபடுகின்றன. ஒரு கனிம சாதனத்தின் செயல்படு பகுதியானது இரு பொருள்களால் ஆனது, ஒன்று எலக்ட்ரான் வழங்கியாகவும் மற்றொன்று ஏற்பியாகவும் செயல்படுகின்றது. ஒரு ஃபோட்டான் ஓர் எலக்ட்ரான் துளை சோடியாக மாற்றப்படும் போது, வழக்கமாக வழங்கியாகச் செயல்படும் பொருளில் மின்சுமைகள் எக்சைட்டானாக கட்டுண்டு இருக்கும் போக்கைக் கொண்டுள்ளன, மேலும் அவை வழங்கி-ஏற்பி இடைமுகத்தில் பரவும் போது பிரிக்கப்படுகின்றன. பெரும்பாலான பாலிமர் அமைப்புகளின் குறுகிய எக்சைட்டான் பரவல் நீளங்கள், இத் போன்ற சாதனங்களின் செயல்திறனை வரம்புக்குட்பட்டதாக வைக்கின்றன. நானோகட்டமைக்கப்பட்ட இடைமுகங்கள், சில நேரங்களில் தொகுப்பு ஹெட்ரோசந்திகளை உருவாக்குகின்றன, இவை செயல்திறனை அதிகரிக்கலாம்.

சிலிக்கான் மெல்லிய ஏடுகள்

சிலிக்கான் மெல்லிய-ஏடு மின்கலங்கள் பிரதானமாக, சிலான் வாயு மற்றும் ஹைட்ரஜன் வாயு ஆகியவற்றிலிருந்து வேதி ஆவிப் படிவு மூலம் (வழக்கமாக ப்ளாஸ்மா-மேம்படுத்தப்பட்ட (PE-CVD)) படிவாக்கப்படுகின்றன. படிவு அளவுருக்களைப் பொறுத்து, இது பின்வருவனவற்றை வழங்கக்கூடும்:

1. அமார்ஃபஸ் சிலிக்கான் (a-Si or a-Si:H)
2. புரோட்டோகிரிஸ்டலின் சிலிக்கான் அல்லது
3. நானோகிரிஸ்டலின் சிலிக்கான் (nc-Si or nc-Si:H), மைக்ரோகிரிஸ்டலின் சிலிக்கான் எனவும் அழைக்கப்படுகிறது.

நானோகிரிஸ்டலின் சிலிக்கானின் குறைந்த பருமன் பின்னம் கொண்ட புரோட்டோகிரிஸ்டலின் சிலிக்கான் அதிக திறந்த சுற்று மின்னழுத்தத்திற்கு மிகவும் உகந்தது எனக் கண்டறியப்பட்டுள்ளது. இந்த சிலிக்கான் வகைகள் கட்டற்ற மற்றும் முறுக்கப்பட்ட பிணைப்புகளை வழங்குகின்றன, இவற்றால் ஆழ் குறைகள் (பட்டை இடைவெளிகளில் ஆற்றல் மட்டங்கள்) மற்றும் இணைதிறன் மற்றும் கடத்துப் பட்டகளின் உருக்குலைவு (பட்டை வால்கள்) ஆகியவை விளையலாம். இந்தப் பொருள்களிலிருந்து உருவாக்கப்படும் சூரிய மின்கலங்கள் தொகுப்பு சிலிக்கானை விட குறைந்த ஆற்றல் மாற்ற செயல்திறன் கொண்டுள்ளன, ஆனால் உற்பத்தி செய்வதற்கும் செலவு குறைவானவை. விழக்கூடிய ஃபோட்டான் ஒன்றுக்கான சேகரிக்கப்படும் மின்சுமைகளின் எண்ணிக்கை குறைக்கப்படுவதால், மெல்லிய ஏடு சூரிய மின்கலங்களின் குவாண்டம் செயல்திறனும் குறைவாகவே உள்ளது.

அமார்ஃபஸ் சிலிக்கானானது கிரிஸ்டலின் சிலிக்கானை (c-Si) (1.1 eV) விட அதிக பட்டை இடைவெளியைக் (1.7 eV) கொண்டுள்ளது, அதாவது அது சூரிய நிறமாலையின் அகச்சிவப்பு பகுதியை விட கட்புலனாகக்கூடிய பகுதியை வலிமையாக உட்கவர்கிறது. nc-Si இன் இடைவெளி c-Si இன் பட்டை இடைவெளிக்கு சமமாகவே இருப்பதால் nc-Si மற்றும் a-Si ஆகியவற்றை சிறப்பாக மெல்லிய ஏடுகளில் அமைக்க முடியும், இதனால் வரியிணை மின்கலம் எனப்படும் அடுக்கமைவு மின்கலத்தை உருவாக்க முடியும். a-Si இல் உள்ள மேலே உள்ள மின்கலம் சூரிய நிறமாலையில் கட்புலனாகக்கூடிய ஒளியை உட்கவர்ந்து nc-Si இல் உள்ள அடிப்பகுதி மின்கலத்திற்காக அகச்சிவப்புப் பகுதியை அனுப்புகிறது.

சமீபத்தில், மெல்லிய-ஏடு கிரிஸ்டலின் சிலிக்கானின் குறைபாடுகளை எதிர்கொள்வதற்கான தீர்வுகள் உருவாக்கப்பட்டுள்ளன. பலவீனமாக உட்கவரப்பட்ட நீண்ட அலைநீளம் கொண்ட ஒளியானது சிலிக்கானுடன் இணையாக்கப்பட்டு ஏட்டின் வழியே பல முறை கடந்து செல்ல்லும் இடங்களில் உள்ள ஒளி அமைப்பு முறைகள் மெல்லிய சிலிக்கான் ஏடுகளிலான சூரிய ஒளி உட்கவர்தலை குறிப்பிடத்தக்க அளவு மேம்படுத்துகின்றன. வெப்ப செயலாக்க நுட்பங்கள் குறிப்பிடத்தக்க அளவில் சிலிக்கானின் படிகத் தரத்தை மேம்படுத்தலாம், மேலும் இதனால் இறுதி நிலை சூரிய மின்கலங்களின் அதிக செயல்திறன்கள் அடையப்படுகின்றன.

குறை-ஊடுருவுத்தன்மை கொண்ட சூரிய மின்கலங்களின் வடிவில் ஒருங்கிணைக்கப்பட்ட ஒளிமின்னழுத்தவியல் அமைப்புகளைக் (BIPV) கட்டமைப்பதற்கான சிலிக்கான் மெல்லிய ஏடு தொழில்நுட்பமானது உருவாக்கப்பட்டு வருகிறது, அது அதை சாளரக் கண்ணாடி அமைத்தல் போலப் பயன்படுத்தலாம். இந்த மின்கலங்கள் மின்சாரத்தை உருவாக்கும் அதே வேளையில் சாளரத் திரைகளாகவும் செயல்படும்.

நானோகிரிஸ்டலின் சூரிய மின்கலங்கள்

இந்தக் கட்டமைப்புகள் ஒரே மெல்லிய-ஏடு ஒளி உட்கவரும் பொருள்கள் சிலவற்றைப் பயன்படுத்துகின்றன, ஆனால் இவை மிகவும் மெல்லிய உட்கவர் பொருளாக தாங்கி நிற்கும் கடத்தும் தன்மை கொண்ட பாலிமரின் அணி அல்லது எதிரொளிப்புகளை அதிகரிப்பதற்காக (இதனால் ஒளி உட்கவர்தல் நிகழ்தகவை அதிகரிக்க) அதிக மேற்பரப்பைக் கொண்டுள்ள மீசோபோரஸ் உலோக ஆக்சைடு ஆகியவற்றைச் சார்ந்தே உள்ளன. நானோபடிகங்களைப் பயன்படுத்துவதால், பொதுவான எக்சைட்டான் விரவல் நீளமான நானோமீட்டர் அளவிலான நீளங்களில் வடிவமைக்க முடிகிறது. குறிப்பாக, ஒற்றை-நானோபடிக ('சேனல்') சாதனங்களில், மின்முனைகளுக்கிடையே அமைந்த ஒற்றை p-n சந்திகளின் அணிவரிசையானது சுமார் விரவல் நீளத்திற்கு சமமான காலகட்டத்திற்குப் பிரிக்கப்பட்டிருப்பது, அதிக செயல்திறனுக்கான சாத்தியக்கூறுள்ள சூரிய மின்கலங்களுக்கான புதிய கட்டமைப்பைக் குறிக்கிறது.

ஒருமுகப்படுத்தும் ஒளிமின்னழுத்த அமைப்புகளின் திட்டப்படம்

ஒருமுகப்படுத்து ஒளிமின்னழுத்த அமைப்புகள் (CPV)

ஒருமுகப்படுத்து ஒளிமின்னழுத்த அமைப்புகள், ஒளிமின்னழுத்த விளைவுள்ள மின்கலங்களின் சிறிய பரப்பில் சூரிய ஒளியைக் குவிக்க, லென்சுகள் அல்லது கண்ணாடியின் பெரும்பகுதியிலான பரப்பைப் பயன்படுத்துகின்றன. அதிக ஒருமுகப்படுத்தல் என்பது, கிரிஸ்டலின் சிலிக்கான் பேனல்களுடன் ஒப்பிடுகையில் நேரடி சூரிய ஒளியை விட நூறு அல்லது அதிக மடங்கிலான ஒளியைக் குவிப்பது என்பதாகும். மிகவும் வணிக ரீதியிலான உற்பத்தியாளர்கள், 400 மற்றும் 1000 சன்களுக்கு இடையேயான ஒருமுகப்படுத்தல் திறன் கொண்ட அமைப்புகளை உருவாக்கிவருகின்றனர். பெரும்பாலான அமைப்புகள் நேரடி சூரிய ஒளியை மட்டுமே பயன்படுத்துவதோடு 3 பாகைகளுக்கும் குறைவான பிழைகளுடன் மட்டுமே கொண்டு சூரியனை நோக்கி இருக்க வேண்டும் என்பதால், அனைத்து ஒருமுகப்படுத்து அமைப்புகளுக்கும் அதிக துல்லியத் தன்மைக்காக ஒன்று அல்லது மேற்பட்ட அச்சு கண்காணிப்பு முறைமைகள் தேவைப்படுகின்றன. குறைக்கடத்திப் பொருள்கள் மிகவும் செலவு அதிகமானதாக உள்ளதாலும் அவற்றின் பற்றாக்குறை நிலவுவதாலும், குறைக்கடத்திப் பொருளைக் குறைவாகப் பயன்படுத்துவதே CPV அமைப்புகளின் பிரதான சிறப்பம்சமாகும். மேலும், ஒருமுகப்படுத்தல் விகிதத்தை அதிகரிப்பதால் உயர் செயல்திறன் கொண்ட ஒளிமின்னழுத்த மின்கலங்களின் செயல்திறம் அதிகரிக்கிறது. CPV தொழில்நுட்பங்களில் இந்த நன்மைகள் இருப்பினும், குவித்தல், சூரிய கண்காணிப்பு மற்றும் குளிர்விப்பு உபகரணங்களின் செலவினால் அவற்றின் பயன்பாடுகள் வரம்புக்குட்பட்டதாகவே உள்ளன. 2006 ஆம் ஆண்டு அக்டோபர் 25 அன்று, ஆஸ்திரேலிய ஃபெடரல் அரசாங்கம் மற்றும் விக்டோரிய மாகாண அரசாங்கம் ஆகியவை சோலார் சிஸ்டம்ஸ் நிறுவனத்துடன் இணைந்து, இந்தத் தொழில்நுட்பங்களைப் பயன்படுத்தி விக்டோரியாவிலான சோலார் பவர் ஸ்டேஷனை கட்டமைக்கப்போவதாக அறிவித்தன, 2008 ஆம் ஆண்டில் அதன் கட்டமைப்புப் பணிகள் தொடங்கி 2013 ஆம் ஆண்டில் முடியும் என அறிவித்தன. 154 MW இல் அமைக்கப்பட இருக்கும் இந்த மின் நிலையம், உலகின் மிகப் பெரிய ஒளிமின்னழுத்த மின் நிலையத்தினை விட பத்து மடங்கு பெரிய மின் நிலையமாக இருக்கும்.

சிலிக்கான் சூரிய மின்கல சாதன உற்பத்தி

சூரிய ஆற்றலால் இயங்கும் சயிண்டிஃபிக் கால்குலேட்டர்

சூரிய மின்கலங்கள் என்பவை குறைக்கடத்தி சாதனங்கள் என்பதால், கணினி மற்றும் நினைவக சில்லுகள் போன்ற பிற குறைக்கடத்தி சாதனங்களின் உற்பத்தி மற்றும் செயலாக்க நுட்பங்களை ஒத்துள்ளன. இருப்பினும், குறைக்கடத்தி இழையாக்கத்திற்கான கண்டிப்பான தூய்மைத் தன்மை மற்றும் தரம் ஆகிய தேவைகள் சூரிய மின்கலங்களுக்கு சிறிதளவு தளர்வாக உள்ளன. இன்று பெரும்பாலான பெரிய அளவிலான வணிக ரீதியான சூரிய மின்கல தொழிற்சாலைகள் பாலி-கிரிஸ்டலின் சிலிக்கான் சூரிய மின்கலங்களை ஸ்கிரீன் ப்ரிண்டிங் செய்துள்ளன. குறைக்கடத்தி தொழிற்துறையில் பயன்படுத்தப்படும் ஒற்றை கிரிஸ்டலின் செதில்கள் உயர் செயல்திறன் சூரிய மின்கலங்களாக உருவாக்கப்படும் திறன் கொண்டவை, ஆனால் அவை பெரிய அளவிலான உற்பத்திக்கு என்று வரும்போது அதிக செலவுடையனவாகக் கருதப்படுகின்றன.

பாலி-கிரிஸ்டலின் சிலிக்கான் செதில்கள் ஒயர் அறுக்கும் தொகுப்பு வார்ப்பு சிலிக்கான் இங்காட்களை மெல்லிய (180 முதல் 350 மைக்ரோமீட்டர்) ஸ்லைஸ்களாக அல்லது செதில்களாக மாற்றுவதன் மூலம் உருவாக்கப்படுகின்றன. செதில்கள் என்பன வழக்கமாக லேசாக p-வகை மாசு கலக்கப்பட்டவையாகும். செதிலிலிருந்து ஒரு சூரிய மின்கலத்தை உருவாக்க, செதிலின் முன்புறத்தில் ஒரு n-வகை மாசுக்கலப்பியின் விரவல் நிகழ்த்தப்படுகிறது. இது மேற்பரப்பிற்கு சில நூறு நானோமீட்டர்களுக்குக் கீழே ஒரு p-n சந்தியை உருவாக்குகிறது.

அடுத்ததாக வழக்கமாக, சூரிய மின்கலமாக மாற்றப்படும் ஒளியின் அளவை அதிகரிக்கும் எதிரொளிப்பு எதிர்ப்புப் பூச்சுகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. கடந்த பத்தாண்டுகளாக, எதிரொளிப்பு எதிர்ப்புப் பொருளாக பயன்படுத்தப்பட்டுவந்த டைட்டானியம் ஆக்ஸைடின் இடத்தை சிலிக்கான் நைட்ரைடு ஆக்கிரமித்துள்ளது, அதன் மிகச் சிறந்த மேற்பரப்பு பூச்சுத் தணித்தல் பண்பே இதற்குக் காரணமாகும் (அதாவது சூரிய மின்கலத்தின் பரப்பில் நிகழும் கேரியர்கள் மீண்டும் சேர்தல் நிகழ்வைத் தடுத்தல்). பொதுவாக இது, ப்ளாஸ்மா-மேம்படுத்தப்பட்ட வேதி ஆவிப் படிவு (PECVD) முறையைப் பயன்படுத்தி பல நூறு நானோமீட்டர் தடிமன் கொண்ட அடுக்கில் பயன்படுத்தப்படுகிறது. சில சூரிய மின்கலங்கள் வண்ணமிடப்பட்டுள்ள முன் பரப்பைக் கொண்டுள்ளன, அவை எதிரொளிப்புத் தடுப்புப் பூச்சைப் போன்றதே ஆகும், அவை மின்கலமாக மாற்றப்படும் ஒளியின் அளவை அதிகரிக்கின்றன. இது போன்ற மேற்பரப்புகள் வழக்கமாக ஒற்றைப் படிக சிலிக்கானில் மட்டுமே உருவாக்கப்பட முடியும், இருப்பினும் சமீபத்திய ஆண்டுகளில் அவற்றை மல்டிகிரிஸ்டலின் சிலிக்கானில் உருவாக்கும் முறைகள் உருவாக்கப்பட்டுள்ளன.

செதிலானது பின்புறத்தில், முழுப் பரப்பு உலோகத் தொடர்பைக் கொண்டுள்ளது, மேலும் நுண்ணிய "ஃபிங்கர்கள்" மற்றும் பெரிய "பஸ்பார்கள்" ஆகியவற்றால் ஆன கிரிட் போன்ற உலோகத் தொடர்புகள் ஒரு வெள்ளி பசையைக் கொண்டு முன் பரப்பிற்கு ஸ்கிரீன் பிரிண்டிங் செய்யப்படுகின்றன. பின்புறத் தொடர்பும் ஒரு உலோகப் பசையை ஸ்கிரீன் பிரிண்டிங் செய்வதன் மூலமே உருவாக்கப்படுகிறது, வழக்கமாக அந்த உலோகமாக அலுமினியம் உள்ளது. வழக்கமாக இந்தத் தொடர்பானது மின்கலத்தின் முழு பின் பகுதியையும் மூடுகிறது, இருப்பினும் சில மின்கல வகைகளில் ஒரு கிரிட் வரிசைவகையில் அச்சிடப்படுகின்றன. பின்னர், உலோக மின்முனைகளை உருவாக்க, அந்தப் பசையானது சிலிக்கானுடன் ஓமிக் தொடர்பில் பல நூறு டிகிரி செல்ஷியஸ் வெப்பத்தில் எரிக்கப்படுகிறது. சில நிறுவனங்கள், மின்கல செயல்திறனை அதிகரிக்க ஒரு கூடுதல் மின் முலாம் பூசுதல் படியைப் பயன்படுத்துகின்றன. உலோக தொடர்புகள் உருவாக்கப்பட்ட பின்னர், சூரிய மின்கலங்கள் தட்டையான ஒயர்கள் அல்லது உலோக ரிப்பன்களைக் கொண்டு தொடரிணைப்பில் (மற்றும்/அல்லத் இணையாக) இணைக்கப்பட்டு மாட்யுல்கள் அல்லது "சோலார் பேனல்கள்" உருவாக்கப்படுகின்றன. சோலார் பேனல்களில் முன் புறம் ஒரு கடினமாக்கப்பட்ட கண்ணாடி ஷீட் மற்றும் பின் புறம் பாலிமர் என்கேப்சுலேஷன் ஆகியவை உள்ளன. படிவுச் செயலாக்கத்தின் போது உருவாகும் அதிக வெப்பநிலையின் காரணமாக கடினமாக்கப்பட்ட கண்ணாடியை அமார்ஃபஸ் சிலிக்கான் மின்கலங்களுடன் பயன்படுத்த முடியாது.

சிறிதாக்குதல்

பாலிகிரிஸ்டலின் பேப்பர்-மெல்லிய சூரிய மின்கலமானது மொபைல் தொலைபேசிகள் மற்றும் பெயர்த்தகு(போர்ட்டபிள்) அமைப்புகளின் இயக்க ஆயுளை அதிகரிக்கின்றது. LROGC03 வகை பேனலானது 41 x 33 மில்லிமீட்டர் அளவுள்ள பரப்பைக் கொண்டிருக்கும் வகையில் உருவாக்கப்பட இருக்கிறது, இது முதல் LROGC02 பேனலின் பாதி அளவே ஆகும்.

சிறிய கிளிட்டர்-அளவுள்ள ஒளிமின்னழுத்த மின்கலங்கள் (14 முதல் 20 மைக்ரோமீட்டர்கள் தடிமனுள்ள), சிப் நிலையில் உள்கட்டமைக்கப்பட்ட திறமிகு கட்டுப்பாடுகளையும் இன்வெர்ட்டர்களையும் சேகரிப்பம்சத்தையும் கொண்டிருக்கக்கூடும். கிளிட்டர் மின்னழுத்த மின்கலங்கள் அதே அளவு மின்சாரத்தை உருவாக்க 100 மடங்கு குறைவான சிலிக்கானையே பயன்படுத்துகின்றன. அவை 14.9 சதவீத செயல்திறனைக் கொண்டுள்ளன, மேலும் ஆயத்த அளவிலான வணிக ரீதியான மாட்யுல்களின் செயல்திறன் 13 முதல் 20 சதவீத செயல்திறன் கொண்டுள்ளன.

ஆயுட்காலம்

பெரும்பாலான வணிக ரீதியாகக் கிடைக்ககூடிய சூரிய மின்கலங்கள், செயல்திறனில் குறிப்பிடத்தக்க அளவு குறைவின்றி குறைந்தபட்சம் இருபது ஆண்டுகளுக்கு தொடர்ந்து மின்சாரத்தை வழங்கக்கூடிய திறன் கொண்டவையாக உள்ளன. பேனல் உற்பத்தியாளர்களால் பொதுவாக வழங்கப்படும் காப்புறுதி 25 - 30 ஆண்டு காலமாகும், இதில் வெளியீடானது தரமிடப்பட்ட திறனில் 85% க்குக் குறைவாகச் செல்லக்கூடாது.

செலவுகள்

அகச்சிவப்பு ஒளிமின்னழுத்த மின்கலங்களுக்கு 24 மணி நேரத்திற்கு ஒரு வாட்டிற்கான செலவு என்பதைக் கொண்டு விலை நிர்ணயிக்கப்படுகிறது.

ஸ்லைசிங் செலவுகள்

யுனிவெர்சிட்டி ஆஃப் உட்டா எஞ்சினீயர்கள், மிக அதிக செயல்திறன் கொண்ட சூரிய திறன் மின்கலங்களில் பயன்படுவதற்காக, ஜெர்மானியம் வேதித் தனிமத்தின் மெல்லிய செதில்களை ஸ்லைஸ் செய்ய ஒரு புதிய வழியை உருவாக்கியுள்ளனர். புதிய முறையானது, உடையக்கூடிய தன்மை கொண்ட குறைக்கடத்தி உடைதல் மற்றும் வீணாதல் ஆகியவற்றைக் குறைப்பதன் மூலம் இது போன்ற மின்கலங்களின் செலவுகளைக் குறைக்கிறது.

குறைந்த செலவிலான சூரிய மின்கலம்

சாய-உணர்திறன் அளிக்கப்பட்ட சூரிய மின்கலங்கள் குறைந்த செலவுடைய சூரிய மின்கலங்கள் எனக் கருதப்படுகின்றன.

இந்த மின்கலங்கள் குறைந்த செலவு பொருள்களால் உருவாக்கப்படுவதாலும் அவற்றை உற்பத்தி செய்வதற்கு மிகப் பெரிய உபகரணங்கள் தேவைப்படுவதில்லை என்பதாலும் இவை மிக அதிக உறுதியளிக்கக்கூடியதாக உள்ளன, ஆகவே பிற வகை சூரிய மின்கலம் எதனையும் விட அதிகமானோர் இவற்றை DIY வழியில் உருவாக்க முடிகிறது. மொத்த உற்பத்தியில் அது பழைய திட நிலை மின்கல மாதிரிகளை விட செலவு குறைந்ததாக உள்ளது. இவற்றை பொறியியல் முறையில் நெகிழ்தன்மையுள்ள ஷீட்களாக உருவாக்க முடியும். அதன் மாற்ற செயல்திறன் சிறப்பான மெல்லிய ஏடு மின்கலங்களை விட குறைவே என்றாலும், அதன் விலை/செயல்திறன் விகிதம் போதுமான அளவு அதிகமானதாக உள்ளதால் அது படிம எரிபொருள் எலக்ட்ரிகல் தலைமுறையுடன் போட்டியிடக்கூடியதாக உள்ளது.

பொருள்கள் மற்றும் சாதனங்கள் பற்றிய தற்போதைய ஆராய்ச்சிகள்

தற்போது உலகளவில் பல்கலைக்கழகங்கள் மற்றும் ஆராய்ச்சி நிறுவனங்களில் ஒளிமின்னழுத்தவியல் துறையில் பல செயல்மிகு ஆராய்ச்சிக் குழுக்கள் உள்ளன. இந்த ஆராய்ச்சியை மூன்று பகுதிகளாகப் பிரிக்கலாம்: தற்போதைய தொழில்நுட்ப சூரிய மின்கலங்களை மலிவானவையாக மற்றும்/அல்லது பிற ஆற்றல் மூலங்களுடன் போட்டியிடக்கூடிய வகையில் அவற்றை அதிக செயல்திறனுடையவையாக மாற்றுதல்; புதிய சூரிய மின்கல கட்டமைப்பு வடிவங்களை அடிப்படையாகக் கொண்ட புதிய தொழில்நுட்பங்களை உருவாக்குதல்; மற்றும் ஒளி உட்கவர் பொருள்கள் மற்றும் மின்சுமை கேரியர்களாக செயல்படுவதற்கான புதிய பொருள்களை உருவாக்குதல்.

சிலிக்கான் செயலாக்கம்

தேவையான அளவு தூயதாக உள்ள சிலிக்கானைப் பெறுவதற்கான மலிவான முறைகளை உருவாக்குவது செலவைக் குறைப்பதற்கான ஒரு வழியாகும். சிலிக்கான் என்பது பொதுவாகக் கிடைக்கக்கூடிய ஒரு தனிமமாகும், ஆனால் சாதரணமாக அது சிலிக்கா அல்லது சிலிக்கா மணலில் உள்ளது. சிலிக்கானை உருவாக்குவதற்காக சிலிக்காவை (SiO₂) வேதிவினைக்குட்படுத்துவது என்பது அதிக ஆற்றல் செலவாகும் ஒரு செயலாக்கமாகும்- தற்போதைய செயல்திறன்களில், ஒரு வழக்கமான சூரிய மின்கலம், அதில் உள்ள சிலிக்கானை உருவாக்குவதற்குத் தேவையான மின்சாரத்தை உருவாக்க ஒன்று முதல் இரண்டு ஆண்டுகள் தேவைப்படும். அதிக ஆற்றல் செயல்திறன் மிக்க தொகுப்பாக்க முறைகள் சூரிய ஆற்றல் துறை மட்டுமின்றி சிலிக்கான் தொழில்நுட்பம் தொடர்பான அனைத்து தொழில்நுட்பங்களுக்குமே பயனுள்ளதாக இருக்கும்.

சிலிக்கானின் தற்போதைய தொழிற்துறை ரீதியான உருவாக்கமானது கார்பன் (சாக்கோரல்) மற்றும் சிலிக்காவை சுமார் 1700 °C வெப்பநிலையில் வேதிவினைக்குட்படுத்துவதன் மூலம் நிகழ்த்தப்படுகிறது. கார்போதெர்மிக் ஒடுக்கம் எனப்படும் இந்த செயலாக்கத்தில், ஒவ்வொரு டன் சிலிக்கானும் (உலோகவியல் தரத்திலான சுமார் 98% தூயது) 1.5 டன்கள் கார்பன் டை ஆக்ஸைடை உமிழ்ந்து உருவாக்கப்படுகிறது.

மிகவும் நுண்ணிய வெப்பநிலையில் (800 முதல் 900 °C) ஒரு உப்புத் தொட்டியில் நிகழ்த்தப்படும் மின்பகுப்பின் மூலமாக திட சிலிக்காவை நேரடியாக தூய சிலிக்கானாக மாற்ற முடியும் (ஒடுக்குதல்). இந்தப் புதிய செயலாக்கமானது தத்துவ ரீதியாக FFC கேம்ப்ரிட்ஜ் செயலாக்கத்தினதைப் போன்றதேயாகும், அது 1996 ஆம் ஆண்டில் கண்டுபிடிக்கப்பட்டது, இது போன்ற மின்பகுளி சிலிக்கான் போரஸ் சிலிக்கானாக உள்ளது, மேலும் அவை எளிதில் சில மைக்ரோமீட்டர்கள் அளவு மட்டுமே உடைய நுண்ணிய துகள்களாக மாறுகின்றன என்பது ஓர் சுவாரஸ்யமான ஆய்வக கண்டுபிடிப்பாகும், மேலும் இதனால் இது புதிய சூரிய மின்கல தொழில்நுட்பங்களுக்கான வாய்ப்புகளை வழங்குகிறது.

செதில்களை ஒளி ஊடுருவக்கூடிய கட்டமைப்பியல் மூடிகளாகப் பயன்படுத்தக்கூடிய, மிக மெல்லிய மற்றும் கற்பனை ரீதியாக ஒளி ஊடுருவக்கூடிய தன்மை கொண்ட அடுக்குகளாக எந்திர செயலாக்கம் செய்வதன் மூலம் பயன்படுத்தப்படும் சிலிக்கானின் அளவைக் குறைப்பதன் மூலம் செலவைக் குறைக்கும் மற்றொரு அணுகுமுறையாகும். இந்த முறையில் பொதுவாக 1 முதல் 2 மி.மீ. தடிமன் கொண்ட ஒரு சிலிக்கான் செதிலை எடுத்துக்கொண்டு, செதிலின் குறுக்கே இணையான, குறுக்குத் தன்மையிலான ஸ்லைஸ்களை உருவாக்குவதன் மூலம் அதிக எண்ணிக்கையிலான 50 மைக்ரோமீட்டர்கள் தடிமனும் அசல் செதிலின் தடிமனுக்கு சமமான அகலத்தையும் கொண்ட அதிக எண்ணிக்கையிலான திரிகளை உருவாக்கும் செயல் முறை பயன்படுத்தப்படுகிறது. இந்த திரிகள் 90 டிகிரிகளுக்கு சுழற்றப்படுகின்றன, இதனால் அசல் செதிலின் அந்தந்தப் பக்கங்களின் பரப்புகள் திரிகளின் விளிம்புகளாக அமையும். இதன் விளைவாக, எடுத்துக்காட்டுக்கு, ஒரு பக்கத்திற்கு சுமார் 175 செ.மீ.² பரப்பு கொண்ட வெளிக்காட்டப்படும் சிலிக்கானைக் கொண்டுள்ள ஒரு 150 மி.மீ. விட்டமும் 2 மி.மீ.-தடிமனும் கொண்ட செதில் ஒன்று, 100 மி.மீ. × 2 மி.மீ. × 0.1 மி.மீ. பரிமாணம் கொண்ட சுமார் 1000 திரிகளாக மாற்றப்படுகின்றது, இதன் விளைவாக வெளிக்காட்டப்படும் மொத்த சிலிக்கான் பரப்பின் பரப்பளவு, ஒரு பக்கத்திற்கு, 2000 செ.மீ.² என மாறுகிறது. இந்த சுழற்சியின் விளைவாக செதிலின் பக்கத்தில் உள்ள மின்னியல் மாசுக்கள் மற்றும் தொடர்புகள் ஆகியவை, வழக்கமான மின்கலங்களில் உள்ளதைப் போன்று பின்புறத்தின் முன்பகுதியில் அமையாமல், திரிகளின் விளிம்பில் வந்தமைகின்றன. இதில் மின்கலத்தை முன்புறம் மற்றும் பின்புறம் ஆகிய இரண்டு புறங்களிலும் மின்கலத்தை உணர்திறன் மிக்கதாக மாற்றும் விளைவு உள்ளது (இந்தப் பண்பு இருபுற வசதி(பைஃபெசிலிட்டி) என அழைக்கப்படுகிறது). இந்த நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தி, ஒரு சிலிக்கான் செதிலைக் கொண்டு 140 வாட் பேனலை உருவாக்க முடியும், ஆனால் அதே மின் திறன் வெளியீடைக் கொண்ட வழக்கமான மாட்யுல்களுக்கு 60 செதில்கள் தேவைப்படும்.

மெல்லிய-ஏடு செயலாக்கம்

செதில் அடிப்படையிலான சூரிய மின்கலங்களுடன் ஒப்பிடுகையில், மெல்லிய-ஏடு ஒளிமின்னழுத்த மின்கலங்கள், விலை உயர்ந்த மூலப் பொருளில் (சிலிக்கான் அல்லது பிற ஒளி உட்கவர் பொருள்கள்) 1% க்கும் குறைவானதையே பயன்படுத்தக்கூடும், இதனால் உச்ச வாட் திறனின் ஒன்றுக்கான விலை குறிப்பிடத்தக்க அளவு குறைகிறது. வெவ்வேறு மெல்லிய-ஏடு அணுகுமுறைகள் மற்றும்/அல்லது பொருள்களைப் பற்றிய ஆராய்ச்சியில் ஈடுபடும் பல ஆராய்ச்சிக் குழுக்கள் உலகளவில் உள்ளன. இருப்பினும், இந்தத் தீர்வுகள் வழக்கமான சிலிக்கான் சூரிய மாட்யுல்களை ஒத்த சந்தை ஊடுருவலை அடையக்கூடுமா என்பது பொருத்திருந்து காணப்பட வேண்டும்.

குறிப்பாக, கண்ணாடி அடிமூலக்கூறுகளில் அமைந்த கிரிஸ்டலின் சிலிக்கான் மெல்லிய ஏடுகள் அமைப்பு உறுதியளிக்கும் தொழில்நுட்பமாகும். இந்தத் தொழில்நுட்பமானது, ஒரு ஒரு சூரிய மின்கலப் பொருளாக, மெல்லிய-ஏடு அணுகுமுறையைப் பயன்படுத்துவதன் செலவுக் குறைக்கும் அம்சத்துடன் கூடிய கிரிஸ்டலின் சிலிக்கானின் நன்மைகளைக் (அதிகமாக இருத்தல், நச்சற்ற தன்மை, உயர் செயல்திறன், நீடித்திருக்கும் தன்மை) கொண்டுள்ளது.

மெல்லிய-ஏடு சூரிய மின்கலங்களின் மற்றொரு சுவாரஸ்யமான அம்சமாகும் மின்கலங்களை நெகிழ்தன்மையுள்ள அடிமூலக்கூறுகள் (எடுத்துக்காட்டுக்கு PET) உள்ளிட்ட அனைத்து வகைப் பொருள்களின் மீதும் படிவாக்கக்கூடிய திறனானது, புதிய பயன்பாடுகளுக்கான புதிய பரிமாணத்தை வழங்குகின்றது.

மெட்டமார்ஃபிக் பலசந்தி சூரிய மின்கலம்

நேஷனல் ரீநியூவபிள் எனர்ஜி லெபாரட்டரி அதன் மெட்டமார்ஃபிக் பலசந்தி சூரிய மின்கலத்திற்காக, ஒரு R&D பத்திரிகையின் R&D 100 விருதுகளைப் பெற்றது, அது சாதனைச் செயல்திறனை வழங்கக்கூடிய அளவில் சூரிய ஆற்றலை மாற்றக்கூடிய திறனுள்ள, அல்ட்ரா ஒளி மற்றும் நெகிழ்தன்மையுள்ள மின்கலமாகும்.

அல்ட்ரா ஒளி, உயர் செயல்திறன் கொண்ட சூரிய மின்கலம் NREL இல் உருவாக்கப்பட்டு, அது இப்போது அல்பக்கர்க்கீ, N.M. இன் எம்கோர் கார்ப். நிறுவனத்தால் வணிகப்படுத்தப்பட்டு வருகிறது, இது அல்பக்கர்க்கீயில் உள்ள கிர்ட்லேண்ட் ஏர் ஃபோர்ஸ் பேஸில் உள்ள ஏர் ஃபோர்ஸ் ரிசர்ச்ச் லெபாரட்டரிஸ் ஸ்பேஸ் வெஹிக்கில்ஸ் டைரக்டரேட்டுடன் கூட்டிணைந்து செய்யப்படுகிறது.

அது, செயல்திறன், எஞ்சினீயரிங் டிசைன், இயக்கம் மற்றும் செலவில் தெளிவான மேம்பாடுகளுடன் கூடிய சூரிய மின்கலங்களின் ஒரு புதிய வகையைக் காண்பிக்கிறது. பல பத்தாண்டுகளாக, வழக்கமான மின்கலங்கள் அதே போன்ற கிரிஸ்டலின் கட்டமைப்புடன் கூடிய குறைக்கடத்திப் பொருள்களின் செதில்களைக் கொண்டே அமைந்திருந்தன. மின்கலங்களை செங்குத்தான உள்ளமைப்பில் உருவாக்குவதன் மூலம் அவற்றின் செயல்திறன் மற்றும் விலைத்திறன் ஆகியவை மேம்படுத்தப்படுகின்றன. அதே சமயம், மின்கலங்கள் திடமானவை, கடினமானவை மற்றும் ஜெர்மானியத்தால் ஆன அடிப்பகுதியுடன் கூடிய தடிமன் அதிகமும் கொண்டதாக உள்ளன.

புதிய முறையில், மின்கலமானது தலைகீழாக உருவாக்கப்படுகிறது. இந்த அடுக்குகள், மிகவும் அதிக தரம் கொண்ட படிகங்களை, குறிப்பாக அதிக திறன் உற்பத்தி செய்யப்படும், மின்கலத்தின் மேல் அடுக்குகளில், அதிக ஆற்றல் பொருள்களைப் பயன்படுத்துகின்றன. அனைத்து அடுக்குகளுமே சமமான அணு அமைப்புக் கொண்ட லேட்டிஸ் அமைப்பு வகையைக் கொண்டிருப்பதில்லை. மாறாக, மின்கலத்தில் ஒரு முழு வரம்பு அணு அமைப்பு காணப்படுகிறது, இதனால் சூரிய ஒளி அதிகபட்சமாக உட்கவரப்பட்டு பயன்படுத்தப்படுகிறது. தடிமனான, திடமான ஜெர்மானிய அடுக்கு அகற்றப்பட்டு, அதன் செலவையும் அதன் எடையில் 94% ஐயும் குறைக்கப்படுகிறது. மின்கலங்களுக்கான வழக்கமான அணுகுமுறையை அவற்றின் தலைப்பகுதிக்கு மாற்றுவதன் மூலம், அது அல்ட்ரா ஒளி மற்றும் நெகிழ்தன்மையுள்ள மின்கலமாக மாறுகிறது, அது சூரிய ஆற்றலை சாதனை செயல்திறனுடன் (326 சன்கள் செறிவில் 40.8%) மாற்றக்கூடிய திறன் கொண்டுள்ளது.

பாலிமர் செயலாக்கம்

கடத்துத்தன்மை கொண்ட பாலிமர்களின் கண்டுபிடிப்பு (இதற்காக ஆலன் ஹீகர், ஆலன் ஜி. மேக்டயார்மிட் மற்றும் ஹிடேகி ஷிரக்காவா ஆகியோருக்கு நோபல் பரிசு வழங்கப்பட்டது) செலவு குறைந்த பிளாஸ்டிக்குகளின் அடிப்படையிலான மிகவும் செலவு குறைவான மின்கலங்கள் உருவாக்கத்திற்கு வழிவகுக்கலாம். இருப்பினும், கரிம சூரிய மின்கலங்கள் பொதுவாக UV ஒளிக்கு உட்படுத்தப்பட்டால், அவற்றின் தரம் குறையக்கூடும், ஆகவே செயல்படக்கூடிய ஆயுட்காலமானது மிகவும் குறைவாக உள்ளது. பாலிமர்களிலுள்ள பிணைப்புகள் எப்போதும் குறைந்த அலைநீளக் கதிர்வீச்சின் போது உடையக்கூடிய வாய்ப்புள்ளவையாக உள்ளன. மேலும், மின்சுமைகளைக் கொண்டு செல்லும் பாலிமர்களிலுள்ள இணைக்கப்பட்ட இரட்டைப் பிணைப்பு அமைப்புகள், ஒளி மற்றும் ஆக்சிஜனுடன் எளிதில் வினைபுரிகின்றன. ஆகவே அதிக அளவில் பூரிதமாகாத மற்றும் வினைபுரியும் தன்மை கொண்ட பெரும்பாலான கடத்துத்தன்மை கொண்ட பாலிமர்கள் வளிமண்டல ஈரப்பதம் மற்றும் ஆக்சஜனேற்றம் ஆகியவற்றால் அதிகமாகப் பாதிக்கப்படுகின்றன, இதனால் வணிக ரீதியான பயன்பாடுகள் கடினமாகின்றன.

நானோதுகள் செயலாக்கம்

பரிசோதனை ரீதியிலான சிலிக்கான் அல்லாத சூரிய பேனல்களை, கடத்துத்தன்மை கொண்ட பாலிமர்கள் அல்லது மீசோபோரஸ் உலோக ஆக்சைடுகள் ஆகியவற்றில் உட்பொதிக்கப்பட்ட குவாண்டம் ஹெட்ரோகட்டமைப்புகளால், எ.கா., கார்பன் நானோகுழாய்கள் அல்லது குவாண்டம் புள்ளிகள் ஆகியவற்றின் மூலம் உருவாக்கலாம். மேலும், வழக்கமான சிலிக்கான் சூரிய மின்கலங்களிலுள்ள பொருள்களில் பெரும்பாலானவற்றின் மெல்லிய ஏடுகள், சிலிக்கான் மின்கலத்தின் ஒளியியல் சேர்க்கும் செயல்திறனை அதிகரித்து ஒட்டுமொத்த செயல்திறனை அதிகரிக்கலாம். குவாண்டம் புள்ளிகளின் அளவை மாற்றுவதன் மூலம், மின்கலங்களை வெவ்வேறு அலைநீளங்களை உட்கவருமாறு அமைக்கலாம். இந்த ஆராய்ச்சிகள் இன்னும் தொடக்க நிலையிலேயே உள்ளன எனினும், பல எக்சைட்டான் உருவாக்கத்தினால் (MEG) குவாண்டம் புள்ளி மாற்றியமைக்கப்பட்ட ஒளிமின்னழுத்த அம்சங்கள் 42% வரையிலான ஆற்றல் மாற்ற செயல்திறனை அடையக்கூடும்.

ஒளி ஊடுருவக்கூடிய தன்மை கொண்ட கடத்திகள்

பல புதிய சூரிய மின்கலங்கள் ஒளி ஊடுருவக்கூடிய மெல்லிய ஏடுகளைப் பயன்படுத்துகின்றன, மேலும் அவை மின் சுமையைக் கடத்தும் கடத்திகளாகவும் உள்ளன. தற்போது ஆராய்ச்சிகளில் அதிகமாக பயன்படுத்தப்படும் கடத்துத் திறனுள்ள மெல்லிய ஏடுகள் ஒளி ஊடுருவக்கூடிய கடத்துத்திறன் கொண்ட ஆக்சைடுகளே ஆகும் ("TCO" என சுருக்கமாக அழைக்கப்படுகிறது) மேலும் இதில் ஃப்ளூரின் கலக்கப்பட்ட டின் ஆக்சைடு (SnO₂:F அல்லது "FTO") அடங்கும், மாசூட்டப்பட்ட துத்தநாக ஆக்சைடு (எ.கா.: ZnO:Al) மற்றும் இண்டியம் டின் ஆக்சைடு ("ITO"என சுருக்கமாக அழைக்கப்படுகிறது) ஆகியனவும் இதிலடங்கும். இந்த கடத்துத் திறன் கொண்ட ஏடுகள் தட்டைப் பேனல் காட்சிகளுக்காக LCD தொழிற்துறையிலும் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. ஒரு TCO இன் இரட்டைச் செயல்பாடானது ஒளியை அடிமூலக்கூறு சாளரத்தின் வழியே அடிப்பகுதியில் உள்ள செயல்மிகு ஒளி உட்கவர் பொருளை நோக்கி செல்ல அனுமதிக்கிறது, மேலும் ஒளி விளைவால் உருவாக்கப்பட்ட மின்சுமை கேரியர்களை ஒளி உட்கவரும் பொருளை விட்டுத் தொலைவிற்குக் கொண்டு செல்வதற்கான ஓமிக் தொடர்பாகவும் செயல்படுகிறது. தற்போதைய TCO பொருள்கள் ஆராய்ச்சிக்கு மிகவும் செயல்திறன் வாய்ந்தவை ஆனால், ஒருவேளை அவை பெரிய அளவிலான ஒளிமின்னழுத்தத்துறை உற்பத்திக்கேற்ற வகையில் உகந்ததாக்கப்படவில்லை எனத் தெரிகிறது. அவற்றுக்கு உயர் வெற்றிடத்திலான சிறப்பான படிவு நிபந்தனைகள் தேவைப்படுகின்றன, மேலும் அவை சில சமயங்களில் மோசமான எந்திரவியல் வலிமையினால் பாதிக்கப்படலாம், மேலும் இவற்றின் பெரும்பாலானவை நிறமாலையின் அகச்சிவப்புப் பகுதியில் குறைவான அலைபரப்புத் திறனையே கொண்டுள்ளன (எ.கா.: ITO மெல்லிய ஏடுகளை விமான சாளரங்களில் அகச்சிவப்பு வடிகட்டிகளாகவும் பயன்படுத்தலாம்). இந்தக் காரணிகளால் பெரிய அளவிலான உற்பத்தி மிகவும் செலவு மிக்கதாகிறது.

கரிம சூரிய மின்கலங்களுக்கான ஒளி ஊடுருவக்கூடிய கடத்திகளாக கார்பன் நானோகுழாய் நெட்வொர்க்குகளைப் பயன்படுத்தும் புதிய பகுதி (ஒப்பீட்டில்) உருவாகியுள்ளது. நானோகுழாய் நெட்வொர்க்குகள் நெகிழ்தன்மை கொண்டவை மேலும் அவற்றை பல வெவ்வேறு வழிகளில் மேற்பரப்பில் படிவிக்க முடியும். சில செயலாக்கத்தின் மூலம் நானோகுழாய் ஏடுகளை அதிக ஒளி ஊடுருவக்கூடியவையாக மாற்றலாம், இதனால் செயல்திறன் மிக்க குறைந்த-பட்டை இடைவெளி கொண்ட சூரிய மின்கலங்களை உருவாக்குவது சாத்தியமாகிறது. நானோகுழாய் நெட்வொர்க்குகள் என்பவை p-வகை கடத்திகளாகும், ஆனால் வழக்கமான ஒளி ஊடுருவக்கூடிய கடத்திகள் n-வகை பொருள்களாகும். ஒரு p-வகை ஒளி ஊடுருவக்கூடிய கடத்தியின் கிடைக்கும் தன்மையின் காரணமாக உற்பத்தி செயல் எளிதாகி செயல்திறன் அதிகரிக்கலாம்.

சிலிக்கான் செதில்-அடிப்படையிலான சூரிய மின்கலங்கள்

புதிய மற்றும் வெவ்வேறு பொருள்களைப் பயன்படுத்தி சிறந்த சூரிய மின்கலங்களை உருவாக்குவதற்கான பல்வேறு முயற்சிகள் எடுக்கப்பட்டுள்ள போதும், ஒளிமின்னழுத்தவியல் சந்தையில் சிலிக்கான் செதில்-அடிப்படையிலான சூரிய மின்கலங்களே முதலிடத்திலுள்ளன (முதல் தலைமுறை சூரிய மின்கலங்கள்) என்பதே உண்மையாகும். அதாவது பெரும்பாலான சூரிய மின்கல உற்பத்தியாளர்கள் தற்போது இவ்வகை சூரிய மின்கலங்களை உற்பத்தி செய்ய ஏற்பாடு செய்துள்ளனர். இதன் விளைவாக, குறைந்த செலவில் சிலிக்கான் செதில்-அடிப்படையிலான சூரிய மின்கலங்களை உருவாக்குவதற்கும் உற்பத்தி செலவு அதிகரிக்காமல் மாற்ற செயல்திறன்களை அதிகரிக்கவும் பெரும் ஆராய்ச்சிகள் உலகளவில் நடைபெற்று வருகின்றன. செதில்-அடிப்படையிலான மற்றும் மாற்று ஒளிமின்னழுத்த கருத்துகள் ஆகிய இரண்டின் இறுதியான இலக்குமே, இதனை முதன்மையான ஆற்றல் மூலமாக ஆக்குவதற்காக, சந்தையில் அதிகமாக பயன்படுத்தப்பட்டுவரும் நிலக்கரி, இயற்கை வாயு மற்றும் அணுக்கரு ஆற்றல் ஆகியவற்றுடன் ஒப்பிடுகையில் குறைந்த செலவில் சூரிய மின்சாரத்தை உருவாக்குவதே ஆகும். இதை அடைய, அமைக்கப்பட்ட சூரிய அமைப்புகளின் செலவை, ஒரு உச்ச வாட் திறனுக்கு சுமார் US$ 1.80 (தொகுப்பு Si தொழில்நுட்பங்களுக்கு) இலிருந்து US$ 0.50 ஆகக் குறைக்க வேண்டியது அவசியமாகலாம். வழக்கமான தொகுப்பு சிலிக்கான் மாட்யுலை உருவாக்குவதற்கான இறுதி செலவின் பெரும்பகுதி சோலார் கிரேடு பாலிசிலிக்கான் மூலப்பொருளின் அதிக (சுமார் US$ 0.4/உச்ச வாட்) விலையுடன் தொடர்புடையதாகவே உள்ளதால், Si சூரிய மின்கலங்களை மெல்லியதாக (உலோகச் சேமிப்பு) அல்லது மலிவான தரமுயர்த்தப்பட்ட உலோகக்கலவை சிலிக்கானிலிருந்து ("அழுக்கு Si" எனப்படுவது) சூரிய மின்கலங்களை உருவாக்குவது ஆகிய தேவைகள் எழுந்துள்ளன.

ஐபிஎம் ஒரு குறைக்கடத்தி செதில் மறுஅமைப்பு செயலாக்கத்தைக் கொண்டுள்ளது, அதில் ஸ்க்ராப் குறைக்கடத்தி செதில்களை சிலிக்கான்-அடிப்படையிலான சோலார் பேனல்களை உற்பத்தி செய்யப் பயன்படுத்தக்கூடிய ஒரு வடிவத்திற்கு மாற்ற, ஒரு குறிப்பிட்ட சிறப்பு வரிசையமைப்பு அகற்றல் முறை பயன்படுத்தப்படுகிறது. இந்தப் புதிய செயலாக்கத்திற்கு சமீபத்தில், தேசிய மாசுத் தடுப்பு வட்டமேசை அமைப்பிலிருந்து (NPPR) “2007 ஆம் ஆண்டுக்கான மிகவும் மதிப்பு வாய்ந்த மாசுத் தடுப்பு விருது” வழங்கப்பட்டது.

அகச்சிவப்பு சூரிய மின்கலங்கள்

இடாஹோ நேஷனல் லெபாரட்டரியிலுள்ள ஆராய்ச்சியாளர்கள், கேம்ப்ரிட்ஜ், MA இல் உள்ள மைக்ரோகாண்ட்டினம் இங்க். நிறுவனத்திலுள்ளவர்கள் மற்றும் யுனிவெர்சிட்டி ஆஃப் மிசௌரியின் பேட்ரிக் பினேரோ ஆகியோருடன் இணைந்து, பில்லியன் கணக்கிலான நானோஆண்டென்னாக்களைக் கொண்ட பிளாஸ்டிக் ஷீட்களை உருவாக்கும் வழியினைக் கண்டுபிடித்தனர், அவை சூரியன் மற்றும் பிற மூலங்களினால் உருவாக்கப்படும் வெப்ப ஆற்றலை சேகரிக்கும் செயலைச் செய்கின்றன, இதற்கு 2007 நானோ50 விருதுகள் வழங்கப்பட்டது. இந்தத் தொழில்நுட்பம், நெகிழ்தன்மையுள்ள பொருள்களில் மொத்த உற்பத்திக்கேற்ற தன்மை கொண்ட சூரிய ஆற்றல் சேகரிப்பானை நோக்கிய முதல் படியாகும். ஆற்றலை பயன்படுத்தத்தக்க மின்சாரமாக மாற்றும் முறைகள் இன்னும் மேம்படுத்தப்பட வேண்டும் என்ற நிலையில், இந்த ஷீட்களை ஒரு நாள் குறை-எடை "ஸ்கின்களாக" உருவாக்க முடியும், அப்போது, ஹைப்ரிட் கார்கள் முதல் கணினிகள் மற்றும் iPodகள் வரை அனைத்தும், வழக்கமான சூரிய மின்கலங்களை விட அதிக செயல்திறன் கொண்டவையாக விளங்கும். நானோஆண்டென்னாக்கள் குளிர்விக்கும் சாதனங்களாக செயல்படும் திறனையும் கொண்டுள்ளன, இவை கட்டடங்கள் அல்லது எலக்ட்ரானிக்ஸ் ஆகியவற்றிலிருந்து வீண் வெப்பத்தை மின்சாரத்தைப் பயன்படுத்தாமல் வெளியே பிரிக்கின்றன. நானோஆண்டென்னாக்கள் {0}குளிர்விக்கும்{/0} சாதனங்களாக செயல்படும் திறனையும் கொண்டுள்ளன, இவை கட்டடங்கள் அல்லது எலக்ட்ரானிக்ஸ் ஆகியவற்றிலிருந்து வீண் வெப்பத்தை மின்சாரத்தைப் பயன்படுத்தாமல் வெளியே பிரிக்கின்றன. இதற்கு மாறாக, வழக்கமான சூரிய மின்கலங்கள் கட்புலனாகும் ஒளியை மட்டுமே பயன்படுத்தக்கூடும், அவை ஒளியை இருள் பகுதிக்கு அடுத்ததாகக் காண்பிக்கின்றன.

UV சூரிய மின்கலங்கள்

ஜப்பானின் நேஷனல் இன்ஸ்டிடியூட் ஆஃப் அட்வான்ஸ்டு இண்டஸ்ட்ரியல் சயின்ஸ் அண்டு டெக்னாலஜி (AIST), ஒரு ஒளி ஊடுருவக்கூடிய சூரிய மின்கலத்தை உருவாக்குவதில் வெற்றிபெற்றுள்ளது, அது மின்சாரத்தை உருவாக்க புற ஊதா (UV) ஒளியைப் பயன்படுத்துகின்றன, ஆனால் கட்புலனாகும் ஒளியை அதன் வழியே செல்ல அனுமதிக்கிறது. மிகவும் பழமையான சூரிய மின்கலங்கள் மின்சாரத்தை உருவாக்க கட்புலனாகும் ஒளியையும் அகச்சிவப்பு ஒளியையும் பயன்படுத்துகின்றன. இதற்கு மாறாக, புதிய சூரிய மின்கலம் புற ஊதாக் கதிர்வீச்சைப் பயன்படுத்துகிறது. இது பழமையான சாளரக் கண்ணாடிகளை இடமாற்றப் பயன்படுத்தப்படுகிறது, நிறுவப்படும் மேற்பரப்பு மிகவும் பெரியதாக இருப்பதால் பல பயன்பாடுகளுக்கான சாத்தியக்கூறு உள்ளது, மேலும் இது மின்சார உற்பத்தி மட்டுமின்றி ஒளி மற்றும் வெப்பநிலைக் கட்டுப்பாடு அம்சங்களையும் கொண்டிருக்க வாய்ப்புள்ளது.

எளிதில் உற்பத்தி செய்யப்படக்கூடிய PEDOT:PSS ஒளிமின்னழுத்த மின்கலங்கள் புற ஊதாக் கதிர் தெரிஒவு மற்றும் உணர்திறன் கொண்டவை.

3D சூரிய மின்கலங்கள்

கிட்டத்தட்ட தங்கள் மேல் விழும் மொத்த ஒளியையும் அகப்படுத்தும் முப்பரிமாண சூரிய மின்கலங்கள் ஒளிமின்னழுத்த அமைப்புகளின் செயல்திறனை உயர்த்தக்கூடும், அதே வேளையில் அவற்றின் எடை மற்றும் எந்திரவியல் சிக்கலான தன்மை ஆகியவற்றைக் குறைக்கவும் செய்கின்றன. புதிய 3D சூரிய மின்கலங்கள் சிறு மாதிரி “டவர்” கட்டமைப்புகளின் ஓர் அணிவரிசையைப் பயன்படுத்தி, சூரிய ஒளியிலிருக்கும் ஃபோட்டான்களை அகப்படுத்துகின்றன, இந்த அமைப்பு பார்ப்பதற்கு தெருக்கள் அளவிலான காட்சியில் ஒரு நகரத்தைப் பார்க்கும் போது தெரியும் உயர்ந்த கட்டடங்களைப் போல இருக்கும்.

மெட்டாபொருள்கள்

ட்யூக் யுனிவெர்சிட்டி மற்றும் போஸ்டான் காலேஜ் ஆகியவற்றின் ஆராய்ச்சியாளர்கள், பொறியியல் முறையில் ஒரு மெட்டாபொருளை உருவாக்கியுள்ளனர், அது தரநிலையான அறிவியல் முழுமைத் தன்மை அளவிற்குட்பட்ட அதிர்வெண் வரம்பில், மின்காந்த அலைகளிலிருந்து மின்னியல் மற்றும் காந்தவியல் பண்புகள் ஆகிய இரண்டையும் உட்கவரும் திறன் கொண்ட சிறிய வடிவியல் வடிவத்தைப் பயன்படுத்துகிறது. இதனால், உட்கவரப்படும் மொத்த ஒளியும் வெப்பமாக மாற்றப்பட்டு, அதிலிருந்து பின்னர் ஆற்றல் உருவாக்கப்பட முடியும்.

ஒளிமின்னழுத்த வெப்பக் கலப்பு

இவை ஒளிமின்னழுத்தவியலையும் வெப்ப சூரியவியலையும் ஒருங்கே கொண்ட அமைப்புகளாகும், இவற்றின் நன்மையாகும் வெப்பவியல் சூரியப் பகுதிகள் வெப்பத்தை வெளியேற்றி மின்கலங்களை குளிர்விக்கின்றன, இவை வெப்பத்தைக் குறைவாகவே வைப்பதனால் மின் தடையானது குறைகின்றன மேலும் மின்கலத்தின் செயல்திறன் அதிகரிக்கிறது.

செல்லுபடியாக்கம், சான்றிதழளிப்பு மற்றும் உற்பத்தியாளர்கள்

நேஷனல் ரீநியூவபிள் எனர்ஜி லெபாரட்டரி, சூரிய தொழில்நுட்பங்களை சோதித்து செல்லுபடியாக்கம் செய்கிறது. சூரிய உபகரணங்களுக்கான மூன்று நம்பகமான சான்றிதழ்கள் உள்ளன: UL மற்றும் IEEE (இரண்டும் U.S. தரநிலைகளில் அமைந்தவை) மற்றும் IEC.

சூரிய மின்கலங்கள் பிரதானமாக ஜப்பான், ஜெர்மனி, மெயின்லாந்து சீனா, தைவான் மற்றும் அமெரிக்கா ஆகிய நாடுகளில் உற்பத்தி செய்யப்படுகின்றன இருப்பினும் பிற பல நாடுகளும் குறிப்பிடத்தக்க அளவிலான சூரிய மின்கல உற்பத்தித் திறனைக் கொண்டுள்ளன. இந்த தொழில்நுட்பங்கள் அதிக செயல்திறன்களை நோக்கி தொடர்ந்து செயல்பட்டு வருகின்ற வேளையில், குறைந்த செலவில் அதிக மின்சாரம் உருவாக்குவதற்கான செயல்திறமிக்க மின்கலங்கள் அதிக செயல்திறனைக் கொண்டிருக்க வேண்டிய அவசியமில்லை, ஆனால் குறைந்த செலவு மற்றும் செயல்திறன் ஆகியவற்றில் ஒரு சமநிலையைக் கொண்டுள்ளவை அமைப்பின் செலவில் பரப்பு தொடர்பான செலவுகளைக் குறைக்க போதுமானதாக உள்ளன. விலை குறைவான அடிமூலக்கூறுகளின் பூச்சுக்கான பெரிய அளவிலான உற்பத்தித் தொழில்நுட்பத்தைக் கொண்டுள்ள நிறுவனங்கள், உண்மையில் நிகர மின்சார உற்பத்திக்கு குறைவாக செலவு செய்யும் நிறுவனங்களாக இருக்கும், பிற ஒற்றை-படிக தொழில்நுட்பங்களின் செயல்திறன்களை விட இவற்றின் செயல்திறன்கள் குறைவாக இருக்கலாம்.

சீனா

சீன அரசாங்கத்தின் ஆதரவில், பயன்பாடு-அளவிலான சூரிய ஆற்றல் பணித்திட்டங்களுக்கான சலுகைகள் வழங்கும் ஒரு திட்டம், சீன சோலார் பேனல் உற்பத்தியாளர்களின் புதிய அதிக முதலீட்டுக்கு வழிவகுக்கும் எனத் தெரிகிறது. சமீபத்திய ஆண்டுகளில் சோலார் பேனல்கள் உற்பத்தியில் ஏற்கனவே சீன நிறுவனங்கள் முக்கியப் பங்கு வக்கித்துவருகின்றன. சீன ஒளிமின்னழுத்த சங்கத்தின் படி, சீனா 2007 ஆம் ஆண்டில் 1,180 MW வெளியீடு கொண்ட சூரிய மின்கலங்கள்/மாட்யுல்களை உற்பத்தி செய்துள்ளது, இதன் மூலம் அதுவே உலகில் பெரிய உற்பத்தி நாடாக விளங்குகிறது. சண்டெக் பவர், யிங்லி, LDK சோலார் கோ, JA சோலார் மற்றும் ரெனெசோலா போன்ற சில சீன நிறுவனங்கள், அரசாங்கம் ‘கோல்டன் சன்’ ஊக்கத் திட்டம் அறிவிக்கப்பட்டதை அடுத்து ஒவ்வொன்றும் வட்டார அரசாங்கங்களின் துணையுடன் நூற்றுக்கணக்கான மெகாவாட் உற்பத்தி செய்யும் பணித்திட்டங்களை ஏற்கனவே அறிவித்துள்ளன. வீக்கோ மற்றும் ஆன்வெல் டெக்னாலஜிஸ் லிமிட்டெட் போன்ற மெல்லிய-ஏடு தொழில்நுட்பத்துடனான சோலார் மாட்யுல் உற்பத்தியாளர்களின் புதிய உருவாக்கம், உள்நாட்டு சூரியத் தொழிற்துறையின் வளர்ச்சியை மேலும் அதிகப்படுத்தும்.

அமெரிக்கா

மசகூசிட்ஸ், மிச்சிகன், ஓஹியோ, ஒரேகான் மற்றும் டெக்சாஸ் ஆகிய பகுதிகளிலான சூரிய மின்கலங்கள் மற்றும் மாட்யுல்களுக்கான புதிய உற்பத்தி நிலையங்கள், 2008 ஆம் ஆண்டிலிருந்து அடுத்த சில ஆண்டுகளுக்குள் ஆயிரக்கணக்கிலான மெகாவாட் வெளியீடு வழங்கும் சூரிய சாதனங்களை வழங்குவதாக உறுதியளித்துள்ளன:

2008 ஆம் ஆண்டு செப்டம்பர் மாதத்தின் இறுதியில், சேன்யோ எலக்ட்ரிக் கம்பெனி, லிமிட்டெட். நிறுவனம் சோலார் இங்காட்கள் மற்றும் செதில்களுக்கான உற்பத்தி நிலையங்களை ஓரிகோனில் சாலேமில் அமைக்கப்போவதாக அறிவித்துள்ளது. இந்த உற்பத்தி நிலையம் 2009 ஆம் ஆண்டு அக்டோபரில் செயல்படத் தொடங்கி அதன் முழு உற்பத்தித் திறனான, ஓராண்டுக்கு 70 மெகாவாட் (MW) சோலார் செதில்களை 2010 ஏப்ரலுக்குள் அடையும்.

அக்டோபர் 2008 இன் தொடக்கத்தில், ஃபர்ஸ்ட் சோலார் இங்க். நிறுவனம் பெர்ரிஸ்பர்க், ஓஹியோ ஆகிய இடங்களிலுள்ள அதன் நிலையங்களில், ஆண்டுக்கு மேலுமொரு 57 MW உற்பத்தி செய்யும் சோலார் மாட்யுல்களைச் சேர்க்கப்படும் என்றும் இதன் மூலம் நிறுவனத்தின் மொத்த திறன் ஆண்டுக்கு 192 MW என்றாகும் எனவும் அறிவித்தது. இந்நிறுவனம் தனது கட்டமைப்புப் பணியை அடுத்த ஆண்டின் தொடக்கத்தில் முடிக்கவும் 2010 மத்தியில் முழு உற்பத்தியை அடையவும் எதிர்பார்க்கிறது.

2008 அக்டோபர் மத்தியில், ஒரீகோனில் உள்ள ஹில்ஸ்போரோவில் உள்ள சோலார் வேர்ல்டு AG நிறுவனம் 2011 ஆம் ஆண்டில் தனது முழு உற்பத்தியை அடைந்ததும் ஆண்டுக்கு 500 MW சூரிய மின்கலங்களை உற்பத்தி செய்யும் என எதிர்பார்க்கப்படுகிறது.

மேலும் காண்க

• சந்தி
• நானோ தொழில்நுட்பம்
• புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல்
• குறைக்கடத்தி

புற இணைப்புகள்

விக்கிமீடியா பொதுவகத்தில்,
Photovoltaics
என்பதில் ஊடகங்கள் உள்ளன.

விக்கிமீடியா பொதுவகத்தில்,
சூரியக் கலம்
என்பதில் ஊடகங்கள் உள்ளன.

• Howstuffworks.com: ஹௌ சோலார் செல்ஸ் வொர்க்
• சோலார் செல் மேனுஃபேக்ச்சரிங் டெக்னிக்ஸ்
• Renewable Energy: Solar திறந்த ஆவணத் திட்டத்தில்
• சோலார் எனர்ஜி லெபாரட்டரி அட் யுனிவெர்சிட்டி ஆஃப் சௌத்தாம்ப்டன்
• NASA ஃபோட்டொவோல்டாயிக் இன்ஃபோ
• ஃபோட்டோவோல்டாயிக் CDROM ஆன்லைன் பரணிடப்பட்டது 2010-01-22 at the வந்தவழி இயந்திரம்
• நானோடெக்னாலஜி பேஸ்ட் இம்ப்ரூவ்மெந்த்ஸ் ஃபார் சோலார் செல்ஸ்