MIT ने अल्ट्रा-थिन सोलर सेल विकसित किए

सौर ऊर्जा ऊर्जा का दुनिया का सबसे प्रचुर स्रोत है और कुशल और स्थिर सौर कोशिकाओं का विकास वैश्विक ऊर्जा संकट को काफी कम कर सकता है, और सौर सेल प्रौद्योगिकी को स्वच्छ ऊर्जा संक्रमण के प्रमुख स्तंभ के रूप में देखा जाता है। भविष्य में, सौर सेल तकनीकी विकास और उत्पादन जीवन में तेजी से महत्वपूर्ण भूमिका निभाएंगे, न केवल छतों और सौर खेतों के लिए, बल्कि विमान और उपग्रहों जैसे स्वचालित एयरोस्पेस मशीनों को शक्ति प्रदान करने के लिए भी।

अर्धचालक इलेक्ट्रॉनिक घटकों के लिए निर्माण प्रक्रियाओं के विकास के साथ-साथ, दुनिया ने सौर कोशिकाओं में असाधारण मात्रा में अनुसंधान और विनिर्माण प्रौद्योगिकियों की एक विस्तृत श्रृंखला देखी है। इनमें से, अल्ट्रा-थिन सेल सोलर सेल इस क्षेत्र में अद्वितीय वादा रखते हैं क्योंकि उन्हें विभिन्न प्रकार की अनियमित, घुमावदार या अन्यथा अनुपयुक्त सतहों पर लागू किया जा सकता है, और सामग्री की खपत और निर्माण आवश्यकताओं को कम कर सकते हैं, सीधे लागत कम कर सकते हैं।

जर्नल स्मॉल मेथड्स के नवीनतम अंक में प्रकाशित एक हालिया पेपर में, मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (एमआईटी) के इंजीनियरों का कहना है कि उन्होंने एक अति पतली सौर सेल विकसित की है जो किसी भी सतह को जल्दी और आसानी से ऊर्जा स्रोत में बदल सकती है। सौर सेल, जो एक मानव बाल की तुलना में पतला है और कपड़े के एक टुकड़े का पालन करता है, एक पारंपरिक सौर पैनल का केवल सौवां वजन होता है, लेकिन प्रति किलोग्राम 18 गुना अधिक बिजली पैदा करता है और इसे नाव पाल, आपदा राहत टेंट और तिरपाल में एकीकृत किया जा सकता है। ड्रोन के पंख और विभिन्न इमारतों की सतहें।

मैसाचुसेट्स में एक सामान्य रूफटॉप सोलर इंस्टालेशन लगभग 8,000 वॉट है," लेख के सह-प्रमुख लेखक मयूरन सरवनपावनंथम कहते हैं। समान मात्रा में बिजली उत्पन्न करने के लिए, हमारे फैब्रिक पीवी को केवल लगभग 20 किग्रा (44 पाउंड) की आवश्यकता होती है। ) एक घर की छत पर जोड़ा जाना है।"

अति पतली सौर कोशिकाओं का निर्माण

प्रौद्योगिकी के पीछे एमआईटी टीम ने सामग्री विज्ञान में अपनी पिछली प्रगति पर निर्माण करने की मांग की, और इसने 2016 में एक अति पतली सौर सेल पूरी की जो बिना टूटे साबुन के बुलबुले पर बैठने के लिए काफी भारी है। सौर कोशिकाओं के निर्माण की पारंपरिक तकनीकों के लिए निर्वात कक्षों और महंगे वाष्प जमाव विधियों की आवश्यकता होती है। इस बार, प्रौद्योगिकी को बढ़ाने के लिए, वैज्ञानिकों ने प्रक्रिया को सरल बनाने के लिए ई-इंक पर आधारित प्रिंट करने योग्य नैनो सामग्री की ओर रुख किया है।

अति पतली सौर सेल

एक नैनो-क्लीन कमरे में, शोधकर्ताओं ने नैनो-इलेक्ट्रॉनिक सामग्री की परतों को 3 माइक्रोन मोटी सब्सट्रेट पर जमा करने के लिए एक एक्सट्रूज़न कोटर का उपयोग किया, इसके बाद इलेक्ट्रोड को प्रिंट करने और सौर मॉड्यूल को पूरा करने के लिए स्क्रीन प्रिंटिंग के बाद, मुद्रित मॉड्यूल को छीलने के बाद, जो अल्ट्रा-लाइट सोलर डिवाइस मॉड्यूल बनाने के लिए प्लास्टिक सब्सट्रेट से लगभग 15 माइक्रोन मोटा है। लेकिन यह पतला, फ्रीस्टैंडिंग सोलर मॉड्यूल संभालना मुश्किल है और आसानी से टूट जाता है, जिससे इसे तैनात करना मुश्किल हो जाता है।

इसलिए शोधकर्ताओं ने मॉड्यूल को कपड़े के सब्सट्रेट से छीलकर चिपका दिया, जो फाड़ने से रोकने के लिए आवश्यक यांत्रिक शक्ति प्रदान करता था। समग्र सामग्री डायनेमा पर आधारित हल्का, लचीला सब्सट्रेट, प्रति वर्ग मीटर सिर्फ 13 ग्राम वजन का होता है और सौर कोशिकाओं का पालन कर सकता है। क्यूरिंग एडहेसिव की एक परत जो केवल कुछ माइक्रोन मोटी होती है, जोड़कर, सौर मॉड्यूल को डायनेमा से जोड़ा जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप एक अल्ट्रा-लाइटवेट और मजबूत सौर संरचना होती है।

उत्कृष्ट प्रदर्शन और व्यापक आवेदन संभावनाएं

यह टिकाऊ फ़ैब्रिक-फोटोवोल्टिक सिस्टम 50 माइक्रोन मोटा है और मॉड्यूल क्षेत्र के 1 ग्राम से कम वजन का है (105 ग्राम/एम2 के क्षेत्र घनत्व के बराबर)। प्रायोगिक परीक्षणों से पता चला है कि फ्रीस्टैंडिंग अल्ट्रा-थिन सोलर सेल 730 वाट प्रति किलोग्राम का उत्पादन कर सकते हैं, और यदि उन्हें उच्च शक्ति वाले "पावर हॉर्स" कपड़े से जोड़ा जाता है, तो वे प्रति किलोग्राम 370 वाट की विशिष्ट शक्ति भी प्राप्त कर सकते हैं, 18 बार पारंपरिक सौर कोशिकाओं की। कंपोजिट फैब्रिक में अल्ट्रा-थिन मॉड्यूल का एकीकरण उन्हें यांत्रिक रूप से लचीला बनाता है और ये फैब्रिक-फोटोवोल्टिक सिस्टम 500 रोल-अप चक्रों के बाद अपने प्रदर्शन को बनाए रखते हैं, जिसमें उनकी प्रारंभिक बिजली उत्पादन क्षमता का 90 प्रतिशत से अधिक होता है। इसके अलावा, इस सेल उत्पादन पद्धति को बड़े क्षेत्रों के साथ लचीली कोशिकाओं का उत्पादन करने के लिए बढ़ाया जा सकता है।

चित्रण: ओपीवी मॉड्यूल और अलग पैरालीन डिवाइस। ए) पीईटी सब्सट्रेट पर पूर्ण ओपीवी मॉड्यूल की तस्वीर। बी) पीईटी वाहक से अलग होने से पहले और बाद में पीईटी डिवाइस पर नियंत्रण डिवाइस (पीईटी-आईएमआई, पीईटी-एजीएनडब्ल्यू) और पैरिलीन की वर्तमान-वोल्टेज विशेषताओं।

अल्ट्रा-पतली सौर कोशिकाओं ने वैकल्पिक ऊर्जा स्रोतों की खोज को गति दी है। क्योंकि ये सौर सेल इतने पतले और हल्के होते हैं, इन्हें कई अलग-अलग सतहों पर चिपकाया जा सकता है। उदाहरण के लिए, उन्हें समुद्र में शक्ति प्रदान करने के लिए नाव पाल में एकीकृत किया जा सकता है, आपदा वसूली कार्यों में तैनात तंबू और तिरपालों का पालन किया जा सकता है, या उनकी उड़ान सीमा का विस्तार करने के लिए ड्रोन के पंखों पर लगाया जा सकता है। इस हल्के सौर प्रौद्योगिकी को भी आसानी से निर्मित वातावरण में एकीकृत किया जा सकता है और भवन उद्योग के भविष्य के डिजाइन और निर्माण पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ सकता है। इसके अलावा, इन पोर्टेबल सौर कोशिकाओं को चलते-फिरते पहनने योग्य बिजली संरचनाओं के रूप में संचालित किया जा सकता है, या आपातकालीन स्थितियों में सहायता प्रदान करने के लिए दूरस्थ क्षेत्रों में पहुँचाया और तेजी से तैनात किया जा सकता है।

भविष्य की चुनौतियां

शोधकर्ताओं का कहना है कि जबकि उनके सौर सेल पारंपरिक कोशिकाओं की तुलना में हल्के और अधिक लचीले होते हैं, उन्हें पर्यावरण से बचाने के लिए किसी अन्य सामग्री में रखने की आवश्यकता होती है। और इन कोशिकाओं को बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली कार्बन-आधारित कार्बनिक सामग्री को हवा में नमी और ऑक्सीजन के साथ बातचीत करके बदला जा सकता है, जिससे कोशिकाओं का प्रदर्शन कम हो सकता है।

फोटो: परीक्षण के तहत अल्ट्रा-पतली सौर कोशिकाएं

एमआईटी के इलेक्ट्रॉनिक्स रिसर्च लेबोरेटरी के एक शोध वैज्ञानिक जेरेमिया मवौरा के अनुसार, पारंपरिक सिलिकॉन सौर सेल के लिए मानक अभ्यास के रूप में इन सौर कोशिकाओं को भारी ग्लास में रखने से वर्तमान प्रगति के मूल्य में कमी आएगी, इसलिए टीम वर्तमान में अति पतली पैकेजिंग विकसित कर रही है। पर्यावरणीय प्रभावों से कोशिकाओं के क्षरण को दूर करने के लिए समाधान, जो केवल वजन के एक अंश द्वारा अल्ट्रा-लाइटवेट उपकरणों को जोड़ देगा।

यिर्मयाह मवौरा ने कहा: "हम इन अल्ट्रा-लाइट और लचीली सौर संरचनाओं के रूप और प्रदर्शन को बनाए रखते हुए जितना संभव हो उतना गैर-सौर सक्रिय सामग्री को हटाने की कोशिश कर रहे हैं। हम जानते हैं, उदाहरण के लिए, निर्माण प्रक्रिया आगे बढ़ सकती है।" रिलीज करने योग्य सब्सट्रेट्स को प्रिंट करके सरलीकृत किया गया है, जो उस प्रक्रिया के बराबर है जिसका उपयोग हम अपने उपकरणों में अन्य परतों को बनाने के लिए करते हैं। यह बाजार में इस तकनीक के अनुवाद को गति देगा।

जैसे-जैसे विज्ञान और प्रौद्योगिकी का स्तर विकसित होता जा रहा है, नई सामग्रियों, प्रौद्योगिकियों और ऊर्जा स्रोतों की व्यापक विविधता की खोज और उपयोग निश्चित रूप से सौर सेल अनुप्रयोगों के विकास को आगे बढ़ाते रहेंगे। निकट भविष्य में अल्ट्रा-थिन सोलर सेल भी समाज के लिए अधिक मूल्य पैदा करेंगे।