कार्बनिक फोटोवोल्टिक के बारे में एक शब्द कहें। भाग २

इस लंबे आख्यान के पहले भाग में , यह दिखाया गया कि फोटोवोल्टिक के क्रिस्टलीय सिलिकॉन राक्षस, विशेष रूप से कार्बनिक अणुओं को पार करना बहुत मुश्किल होगा, लेकिन क्या वास्तव में ऐसा है? सौर कोशिकाओं की तीसरी पीढ़ी में ऐसा क्या है जो पिछले दो में नहीं है?



बेशक, अब किसी भी विशिष्ट आंकड़ों के बारे में बात करना मुश्किल है, क्योंकि बाजार अभी भी बन रहा है: आपूर्ति और मांग संतुलित नहीं है, प्रौद्योगिकियां प्रयोगशालाओं से प्रायोगिक कारखाने की साइटों पर जा रही हैं। हालांकि, जैसा कि हमने क्रिस्टलीय सिलिकॉन के उदाहरण के साथ देखा था, ऐसे समय में प्रौद्योगिकी के भविष्य के बारे में बात करना बहुत मुश्किल है (याद रखें कि पॉलीक्रिस्टलाइन सौर कोशिकाओं की कीमत 7 साल में 3 गुना गिर गई!)।

और इसके द्वारा, मैं डीएसएससी या कार्बनिक सौर कोशिकाओं के उत्पादन और संचालन के अर्थशास्त्र को अधिक मात्रा में वर्णित करने की कोशिश करूंगा (आखिरकार, ईआरओआई के बारे में बात फिर से शुरू होगी), लेकिन उनमें कौन सी क्षमता अंतर्निहित है और अंत उपकरणों की कीमत को इतना छोटा करने के लिए कौन सी तकनीकों का उपयोग किया जाता है। जितना संभव हो।

तीसरी पीढ़ी: भविष्य यहाँ है!

एनआरईएल - द नेशनल रिन्यूएबल एनर्जी लेबोरेटरी द्वारा तैयार सौर कोशिकाओं की दक्षता के कुछ पूर्वव्यापी विश्लेषण के साथ, शायद हम परंपरा से शुरू करेंगे।


सभी ज्ञात प्रकारों के सौर कोशिकाओं के सर्वश्रेष्ठ प्रदर्शन संकेतक का पूर्वव्यापी विश्लेषण

ग्राफ "उभरते हुए पीवी", अर्थात वैकल्पिक तरीकों का एक ही समूह, जैसा कि पहले लेख में बताया गया है, किसी भी समय शूट कर सकता है। लेकिन चलो क्रम में शुरू करते हैं।

रोल-टू-रोल प्रक्रिया या मुझे एक अखबार की तरह प्रिंट करें

शायद सौर कोशिकाओं की तीसरी पीढ़ी की सबसे महत्वपूर्ण विशेषताओं में से एक यह है कि उन्हें मुद्रित किया जा सकता है।

यह समझाने लायक है। सौर कोशिकाओं की दो पिछली पीढ़ियों के लिए, एक कामकाजी पैनल प्राप्त करने के लिए, आपको एक पीएन जंक्शन बनाने का एक तरीका या दूसरा (स्पष्टीकरण के लिए स्पष्ट रूप से स्पष्टीकरण देखें), जिसका अर्थ है कि आपको उच्च-वैक्यूम उपकरण, उत्पादन लाइन की जकड़न और सूची पर इत्यादि की आवश्यकता है - सब कुछ एक वयस्क की तरह है जीवन का। इस मामले में, प्लेट एक छोर से दूसरे छोर तक कन्वेयर के साथ यात्रा करती है, पीएन जंक्शनों और संपर्कों के साथ बढ़ रही है। 3 डी संरचना (वास्तव में, प्रोसेसर में के रूप में, केवल तकनीकी प्रक्रिया नैनोमीटर नहीं है, लेकिन माइक्रोमीटर और मिलीमीटर) बनाने के लिए उपयोग किए जाने वाले मास्क (या अल्टिमेटिंग) के संयोजन की समस्या भी है। और यह अच्छा है कि इस अपमान को कुछ सरल से बदला जाए ...

ओह चमत्कार, ऐसी प्रक्रिया का उपयोग मुद्रण उत्पादों के मुद्रण के लिए दशकों से किया गया है। मामूली संशोधनों के साथ, हम स्याही को कुछ फोटोएक्टिव कार्बनिक अणुओं - अर्धचालकों और कंडक्टरों के साथ बदल सकते हैं - और व्यक्तिगत फोटोकल्स के अनुरूप क्षेत्रों में ड्रम पर पैटर्न को विभाजित कर सकते हैं। और वोइला, स्टैम्प - मुझे नहीं चाहिए!

इस मामले में, ऐसे तत्वों के वजन और उपयोग की जाने वाली सामग्रियों की मात्रा को काफी कम करना संभव है, क्योंकि एक सिलिकॉन बैटरी में सिलिकॉन एक सब्सट्रेट और एक सक्रिय घटक दोनों है, और सब्सट्रेट को असीम रूप से पतला करना असंभव है, इसमें कम से कम कुछ यांत्रिक विशेषताओं का न्यूनतम सेट होना चाहिए।

यह कैसे काम करता है? उसी केआईटी में तथाकथित "प्रौद्योगिकी हस्तांतरण केंद्र" नहीं है, लेकिन पूरी तरह से वास्तविक और काम कर रहा है, जिसमें निम्नलिखित कार्य किए गए हैं:
क) बैटरी प्रदर्शन को बेहतर बनाने के उद्देश्य से अनुसंधान, जबकि प्रौद्योगिकी विकसित करने वाले वैज्ञानिकों और इंजीनियरों से प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया है;
बी) एक प्रोटोटाइप साइट जो तकनीक की मौलिक मापनीयता को काम करती है;
ग) पहले से ही एक अर्ध-औद्योगिक स्थल, जहां कुछ मिनटों में आप चल रहे मीटर और सैकड़ों मीटर सौर सेल बना सकते हैं।


प्रयोगशाला से उत्पादन तक प्रौद्योगिकी हस्तांतरण की संरचना। बीएएसएफ, मर्क के साथ केआईटी और टीयू डार्मस्टेड

ध्यान दें, केंद्र केवल दो विश्वविद्यालयों में नहीं है, बल्कि निर्माता इसमें सक्रिय रूप से भाग ले रहे हैं, जो जल्द ही या बाद में अपने उत्पादन में इन विकासों को लॉन्च कर सकते हैं।

दर्शकों, यह मुझे लगता है, थोड़ा थक गया, इसलिए YouTube पर उल्लिखित प्रयोगशाला के काम का वीडियो:



और इस प्रक्रिया के आवेदन के सबसे महत्वपूर्ण क्षेत्रों में से एक सिर्फ जैविक फोटोवोल्टिक है।

कार्बनिक फोटोवोल्टिक

कोई फर्क नहीं पड़ता कि यह कितना अजीब लग सकता है, जैविक रसायन विज्ञान की दुनिया में अनर्गल मस्ती का माहौल। उदाहरण के लिए, कार्बनिक अणुओं के बीच आप इंसुलेटर, कंडक्टर, अर्धचालक, और यहां तक ​​कि सोचने के लिए डरावना हो सकते हैं - सुपरकंडक्टर्स। कुछ समय पहले आम तौर पर यह माना जाता था कि कंक्रीट, सुदृढीकरण, और कार्बन से बनी कारों सहित कार्बनिक पदार्थ सब कुछ दबा देंगे ... लेकिन यह काम नहीं करता ...

एक फोटोकेल कैसे व्यवस्थित दिख सकता है? और इसकी मोटाई क्या हो सकती है?
उदाहरण के लिए, यदि आप चाहते हैं, तो यह 1 माइक्रोमीटर मोटा है (मानव बाल की तुलना में 50 गुना पतला!)।


एक अलग कार्बनिक सौर सेल का उपकरण और इसे बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्री

यह आमतौर पर आवश्यक है कि एक इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता (अवशोषक) और दाता अणु (होल कंडक्टर) परस्पर एक दूसरे में प्रवेश करते हैं, जिससे तथाकथित थोक विषमता उत्पन्न होती है। चूंकि इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़ी की पृथक्करण प्रतिक्रिया सतह पर होती है, इसलिए दो चरणों के एक दूसरे में परस्पर प्रवेश के कारण, प्रभावी संपर्क क्षेत्र बढ़ जाता है (दाईं ओर की तस्वीर में दिखाया गया है), और यह बदले में ऐसी बैटरी की अधिकतम दक्षता से मेल खाती है।

सब्सट्रेट में ग्लास होना आवश्यक नहीं है: कैथोड और एनोड दोनों को किसी भी उपलब्ध तकनीक का उपयोग करके बनाया जा सकता है, जिसमें प्रवाहकीय पॉलिमर पर आधारित हैं, जो रोल-टू-रोल प्रक्रिया के फायदों को पूरी तरह से महसूस करना संभव बनाता है।

हां, दुर्भाग्य से, मुझे यह स्वीकार करना होगा कि इन बैटरियों की दक्षता 7-8% तक महान नहीं है, लेकिन यह सब इसलिए है क्योंकि उपरोक्त आणविक उद्देश्य यूवी (पराबैंगनी, 300-400) से पूरी तरंग दैर्ध्य रेंज में अवशोषित नहीं होते हैं nm) IR (अवरक्त 800-1000 एनएम)।

एक तरफ, यह एक समस्या है, दो संयुक्त बैटरी, तथाकथित अग्रानुक्रम सौर कोशिकाओं (अग्रानुक्रम सौर बैटरी) के साथ अधिक पेचीदा सर्किट के साथ आने के लिए आवश्यक है, या बस बैटरी को पारभासी बनाएं और इसे खिड़की पर छड़ी दें।

अग्रानुक्रम सौर कोशिकाओं के मामले में, हमारे पास दो श्रृंखला-जुड़ी सौर कोशिकाएं हैं जो दो अलग-अलग श्रेणियों में अवशोषित होती हैं, उदाहरण के लिए, हरे और लाल। इसके कारण, दक्षता वास्तव में दोगुनी हो जाती है, क्योंकि अधिक फोटॉन को ईएमएफ और वर्तमान में परिवर्तित किया जाता है। हालांकि, इस मामले में मुख्य समस्या अतिरिक्त शुल्क के संयोजन के लिए आवश्यक मध्यवर्ती परत है। यह स्पष्ट है कि यदि परत चार्ज जमा करेगी, तो आंतरिक नुकसान के कारण यह दक्षता कम कर देगा।


अग्रानुक्रम सौर बैटरी के संचालन का सिद्धांत: दो श्रृंखला से जुड़े कार्बनिक सौर सेल


अग्रानुक्रम सौर कोशिकाओं के उत्पादन में उपयोग किए जाने वाले दो कार्बनिक पदार्थों के अवशोषण स्पेक्ट्रम का एक उदाहरण

इस बिंदु पर, सामग्री विज्ञान में तल्लीन करना संभव होगा, लेकिन मैं ऐसा नहीं करूंगा, मैं सिर्फ उच्च प्रदर्शन बैटरी की रक्षा और उनके विकास की प्रक्रिया में कुछ शब्द कहना चाहता हूं, कि यह बजट फंडों की बर्बादी नहीं है। आप इसे ले नहीं सकते हैं, पेस्ट को सब्सट्रेट पर एक समान परत पर फैला सकते हैं, फिर दूसरी परत डाल सकते हैं, तीसरा एक, संपर्कों पर चिपकाएं और कहें कि आपने क्या किया है, यह कहते हुए: "ठीक है, यह बात है!" (सी) और हमने अपनी उंगली को नहीं जीता जहां वे ऐसा करना पसंद करते हैं। लेकिन दक्षता के हर प्रतिशत के पीछे पेटेंट हैं, विशेष योजक जो अणुओं की पैकेजिंग को इस तरह से बदलते हैं जैसे कि एक यौगिक दूसरे के लिए सबसे अच्छा प्रवेश प्राप्त करने के लिए। इस तरह की प्रक्रियाओं का वर्णन करने के लिए, पदार्थ ए क्यों मदद करता है, लेकिन पदार्थ बी नहीं करता है, इसके सभी कमियों, दोषों और दृष्टिकोणों के साथ मूलभूत विज्ञान, लाखों और अरबों डॉलर की कीमत की तत्काल आवश्यकता है।

डाई संवेदीकृत सौर सेल (DSSC)

सौर पैनलों को संवेदी या डाई द्वारा "सक्रिय" किया गया है जो कुछ समय के लिए दुनिया को ज्ञात हैं। हालांकि, हाल ही में, जैसा कि पिछले लेख में पहले ही उल्लेख किया गया है , वे 15% दक्षता पर मनोवैज्ञानिक रूप से महत्वपूर्ण अवरोध को सफलतापूर्वक लेने में सक्षम थे। वर्तमान में, यह सौर पैनलों के इस वर्ग के बीच एक पूर्ण रिकॉर्ड है। बैटरी ऑपरेशन के सिद्धांत को उपरोक्त प्रकाशन में विस्तार से प्रस्तुत किया गया है, इसलिए हम उस पर ध्यान नहीं देंगे।

आमतौर पर, डीएसएससी के उत्पादन के लिए, एक प्रवाहकीय-लेपित ग्लास सब्सट्रेट की आवश्यकता होती है, जैसे आईटीओ (इंडियम के साथ डोपा हुआ टिन ऑक्साइड) या एफटीओ (फ्लोरीन के साथ डोपा हुआ टिन ऑक्साइड), जो उत्पादन लागत का एक महत्वपूर्ण हिस्सा खपत करता है। हालांकि, यह कहना उचित है कि इन बैटरी को ऊपर वर्णित रोल-टू-रोल प्रक्रिया के माध्यम से मुद्रण के लिए संभवतः अनुकूलित किया जा सकता है।

और फिर से मैं दोहराना चाहता हूं कि ऐसी बैटरियों का दायरा बिजली के मेगावाट उत्पादन का नहीं है, बल्कि सौंदर्यशास्त्रीय रूप से व्यावहारिक है, जैसा कि पारदर्शी कार्बनिक बैटरियों के मामले में है - जीवन के उच्च मानकों को बनाए रखते हुए, समग्र ऊर्जा खपत को कम करना। यही है, उन्होंने बैटरी को खिड़की पर चिपका दिया, इसने आपको 24 घंटे में बैटरी चार्ज कर दी, उदाहरण के लिए ...

जब यह लेख तैयार किया जा रहा था, अचानक खबर आई, कमरे में तत्काल चिह्नित किया गया!

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ब्रेकिंग न्यूज़



ईपीएफएल सम्मेलन केंद्र ( स्विसटेक ), वर्तमान में निर्माणाधीन है, एक डीएसएससी-आधारित ग्लास मुखौटा से सुसज्जित होगा। ग्रेज़ेल के पारदर्शी बहु-रंगीन सौर पैनल वर्तमान में स्विसटेक सेंटर के पश्चिमी तरफ स्थापित हैं, जो अप्रैल 2014 में खुलने वाला है। सौर पैनल, जिसकी कुल संख्या 35 सेमी 50 के आयाम के साथ 1,400 है, भवन के मुखौटे से 300 मीटर ² से अधिक सुसज्जित होगा। तत्व स्वयं लाल, हरे और नारंगी के पांच रंगों में बने होते हैं, जो वास्तुकारों और डिजाइनरों के अनुसार, एक गर्म और एक ही समय में जीवंत उपस्थिति बनाते हैं।

यह ध्यान देने योग्य है कि इस तरह की परियोजना दुनिया में पहली है। सौर कोशिकाओं को इस तरह से डिज़ाइन किया गया है कि वे सूरज की रोशनी के कोण को बदलते समय दक्षता नहीं खोते हैं, इसके अलावा, वे न केवल बिजली उत्पादन की अनुमति देते हैं, बल्कि आंतरिक सूर्य की रोशनी से भी रक्षा करते हैं, जिससे एयर कंडीशनिंग की आवश्यकता कम हो जाएगी। यह भी बताया गया है कि कम से कम 11 विनिर्माण कंपनियों को पहले ही ग्रेज़ेल के सौर पैनलों का उत्पादन करने का लाइसेंस मिल गया है।

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और अंत में, निराधार नहीं होने के लिए, मैं उन कंपनियों के कुछ उदाहरण दूंगा जो वैकल्पिक सौर कोशिकाओं के क्षेत्र में काम करती हैं:

कोणार्क । कंपनी 2001 से 2012 तक चली और DSSC और ऑर्गेनिक फुलरीन-आधारित सौर सेल दोनों में लगी रही। अपने अस्तित्व के दौरान, कंपनी ने इस क्षेत्र में 350 पेटेंट बनाए हैं, जिसमें 150 मिलियन से अधिक निजी निवेश और उत्पादन के विकास और संगठन के लिए $ 20 मिलियन राज्य अनुदान प्राप्त हुए हैं। सौर कोशिकाओं को 8% की पंजीकृत दक्षता के साथ 3 साल की गारंटीकृत जीवन के साथ विकसित किया गया था। दुर्भाग्य से, 2012 के मध्य में, कंपनी ने दिवालियापन के लिए दायर किया।

Heliatek । कंपनी की स्थापना 2006 में हुई थी और यह ऑर्गेनिक फोटोवोल्टेइक में माहिर है, लेकिन यह अधिक सफल रहता है। अन्य उपलब्धियों में, सही ढंग से चयनित ज्यामिति के कारण 12% की दक्षता के साथ मिलकर बैटरी:


हेलिलेट वेबसाइट से स्लाइड करें

और वैसे, अगले 4 वर्षों में, इसे दक्षता में 16% तक बढ़ाने की योजना है:


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DSSC के लिए, यहां तक ​​कि सोनी और सैमसंग जैसे दिग्गज भी DSSC की ओर अपना ध्यान आकर्षित कर रहे हैं, और यह योजना बनाई गई है कि बड़े पैमाने पर उत्पादन पारंपरिक सिलिकॉन बैटरी की तुलना में मॉड्यूल की लागत को 1 / 3-1 / 5 तक कम कर देगा। यूनाइटेड किंगडम में इस विषय ( उदाहरण के लिए ) से निपटने वाली कई कंपनियां हैं, इसलिए मैं आमतौर पर मध्य साम्राज्य ( उदाहरण के लिए ) के कारीगरों के बारे में कुछ नहीं कहूंगा।

एक निष्कर्ष के बजाय

सबसे पहले, मैं एक स्वैच्छिक निष्कर्ष लिखना चाहता था कि "वैकल्पिक" गैर-सिलिकॉन फोटोवोल्टाइक होना चाहिए, कि प्रौद्योगिकियां महत्वपूर्ण हैं, और वे अंतिम उत्पाद में ज्ञान के विभिन्न क्षेत्रों को एक साथ कैसे जोड़ते हैं, लेकिन ...

बेशक, मैं BarsMonster से सहमत हूं कि आज की वैकल्पिक ऊर्जा उद्योग की मुख्य समस्या (कोई !!!, मैं आपको नोटिस करने के लिए कहता हूं) उत्पन्न बिजली का भंडारण है और सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि इस तरह के भंडारण की लागत। या दूसरे शब्दों में, इस स्रोत की अनिश्चितता। ये परमाणु ऊर्जा संयंत्र नहीं हैं, जो बेल्जियम में दोपहर में भी प्रकाश सड़कों पर चलते हैं। हालांकि, यह मुझे लगता है कि हम अपने पहले से ही मौजूदा दृष्टिकोण से ऊर्जा की खपत की संरचना पर विचार करने में बिल्कुल सही नहीं हैं, यही वह जगह है जहां इस विषय पर सभी होलीवर्स का मुख्य दोष निहित है। आपको अपने दिमाग को बदलने और अमूर्त नज़र से समस्या को देखने की आवश्यकता है।

लेकिन, कोई बात नहीं कि यह कितना विरोधाभासी और काल्पनिक हो सकता है, हम सिलिकॉन की उम्र से कार्बन की उम्र तक वास्तव में एक महान संक्रमण के युग में रहते हैं; और जो रुझान वर्तमान में हम देख रहे हैं (ग्राफीन, CNTs, जैविक प्रकाश उत्सर्जक डायोड, और कार्बनिक फोटोवोल्टिक) इसके वज़नदार सबूत हैं। यह काफी समय लगेगा, और एक भी इमारत को डिज़ाइन नहीं किया जाएगा (कम से कम यूरोपीय संघ, संयुक्त राज्य अमेरिका, जापान में) ग्रेज़ेल सौर पैनलों के बिना खिड़कियों पर, जो संरचनाओं के ऊर्जा संतुलन को शून्य करने के लिए महत्वपूर्ण रूप से कम और व्यावहारिक रूप से ला सकते हैं। IPhone या My Xperia Z का बैक 2 माइक्रोन ऑर्गेनिक बैटरी से कवर होगा, जो कि जहां भी लाइट सोर्स होगा, वहां फोन को रिचार्ज करेगा और इलेक्ट्रिक कारें आम तौर पर एक बड़ी चलती सौर बैटरी में बदल जाएंगी। और मैं इस ऊर्जा स्वर्ग में रहना चाहूंगा, जहां सूर्य की ऊर्जा हर किसी और सभी के लिए उपलब्ध है ...

और तुम!

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कभी-कभी यह संक्षेप में पढ़ना संभव है, और कभी-कभी मेरे टेलीग्राम चैनल पर विज्ञान और प्रौद्योगिकी की खबरों के बारे में इतना अधिक नहीं है - हमारा स्वागत है;)