फोटोवोल्टिक और सौर सामग्री
फोटोवोल्टिक और सौर सामग्री सूर्य के प्रकाश को अवशोषित करती हैं और आवेश वाहकों (चार्ज कैरियर्स) को उत्पन्न और अलग करके इसे विद्युत या रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करती हैं, जो सौर सेल और सौर ईंधन उपकरणों का मूल है।
Definition
फोटोवोल्टिक और सौर सामग्री ऐसे ठोस पदार्थ हैं जो अलग किए गए इलेक्ट्रॉन और होल आवेशों को बनाने के लिए सौर फोटॉन को अवशोषित करते हैं, जिन्हें विद्युत शक्ति प्रदान करने के लिए एकत्र किया जाता है या ऊर्जा को ईंधन के रूप में संग्रहीत करने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं को चलाने के लिए उपयोग किया जाता है।
Scope
यह विषय सौर ऊर्जा रूपांतरण के सामग्री रसायन विज्ञान को शामिल करता है: प्रकाश-अवशोषित अर्धचालक और सौर स्पेक्ट्रम के साथ उनके बैंड-गैप का मिलान; क्रिस्टलीय-सिलिकॉन, पतली-फिल्म, डाई-संवेदनशील और पेरोव्स्काइट सेल परिवार; आवेश उत्पादन, पृथक्करण और संग्रह; और फोटोइलेक्ट्रोकेमिकल सामग्री जो पानी के विभाजन जैसी ईंधन-निर्माण प्रतिक्रियाओं को चलाने के लिए सूर्य के प्रकाश का उपयोग करती हैं। यह अवशोषक रसायन विज्ञान और इंटरफ़ेस इंजीनियरिंग को रूपांतरण दक्षता से जोड़ता है।
Core questions
- कोई सामग्री सूर्य के प्रकाश को कैसे अवशोषित करती है और आवेश वाहक कैसे उत्पन्न करती है?
- सौर अवशोषक का बैंड गैप सौर स्पेक्ट्रम से क्यों मेल खाना चाहिए?
- फोटो-जनित आवेशों को कैसे अलग और एकत्र किया जाता है?
- फोटोइलेक्ट्रोकेमिकल सामग्री प्रकाश को ईंधन में कैसे परिवर्तित करती है?
Key concepts
- सौर स्पेक्ट्रम से बैंड-गैप का मिलान
- आवेश उत्पादन और पृथक्करण
- क्रिस्टलीय-सिलिकॉन और पतली-फिल्म सेल
- डाई-संवेदनशील और पेरोव्स्काइट सेल
- फोटोइलेक्ट्रोकेमिकल जल विभाजन
- रूपांतरण दक्षता
Key theories
- प्रकाश अवशोषण और आवेश पृथक्करण
- एक सौर अवशोषक में सौर स्पेक्ट्रम के अनुकूल एक बैंड गैप होना चाहिए ताकि फोटॉन कुशलता से इलेक्ट्रॉन-होल जोड़े उत्पन्न कर सकें; एक आंतरिक क्षेत्र या जंक्शन तब वाहकों को अलग करता है और उन्हें धारा प्रदान करने के लिए विपरीत संपर्कों की ओर निर्देशित करता है।
- फोटोइलेक्ट्रोकेमिकल रूपांतरण
- एक फोटोइलेक्ट्रोकेमिकल सेल में, एक इलेक्ट्रोलाइट के संपर्क में एक प्रकाश-अवशोषित इलेक्ट्रोड वाहक उत्पन्न करता है जो रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं को चलाता है; डाई-संवेदनशील और अर्धचालक फोटोइलेक्ट्रोड सूर्य के प्रकाश को बिजली में या पानी से हाइड्रोजन जैसे रासायनिक ईंधन में परिवर्तित करते हैं।
Mechanisms
एक अवशोषित फोटॉन बैंड गैप के पार एक इलेक्ट्रॉन को बढ़ावा देता है, जिससे एक होल रह जाता है; एक जंक्शन या संवेदनशील इंटरफ़ेस पर एक अंतर्निर्मित क्षेत्र पुनर्संयोजन से पहले जोड़ी को अलग करता है, और वाहकों को संपर्क बिंदुओं पर एकत्र किया जाता है ताकि धारा उत्पन्न हो सके या एक इलेक्ट्रोलाइट में प्रजातियों को कम और ऑक्सीकृत करके ईंधन बनाया जा सके।
Clinical relevance
फोटोवोल्टिक और सौर सामग्री छतों से लेकर बिजली संयंत्रों तक के पैमाने पर नवीकरणीय बिजली प्रदान करती हैं, और फोटोइलेक्ट्रोकेमिकल सामग्री सौर ईंधन के लिए मार्ग प्रदान करती हैं; उनका विकास ऊर्जा के डीकार्बोनाइजेशन के लिए केंद्रीय है, जिसमें अवशोषक लागत, दक्षता और स्थिरता प्रमुख सामग्री चुनौतियां हैं।
History
क्रिस्टलीय-सिलिकॉन सौर सेल 1950 के दशक में उभरे, और पतली-फिल्म अवशोषक इसके बाद आए। ग्रैट्ज़ेल और ओ'रेगन के 1991 के डाई-संवेदनशील सेल ने एक आणविक, फोटोइलेक्ट्रोकेमिकल दृष्टिकोण पेश किया, और लगभग 2009 से कुशल हैलाइड-पेरोव्स्काइट अवशोषकों की खोज ने प्रयोगशाला दक्षता में तेजी से वृद्धि की, जिससे सौर सामग्री के रसायन विज्ञान का विस्तार हुआ।
Key figures
- Michael Grätzel
- Brian O'Regan
- Akihiro Kojima
Related topics
Seminal works
- gratzel2001
- chu2012
Frequently asked questions
- सौर सेल की सामग्री का सबसे अच्छा बैंड गैप क्यों होता है?
- यदि गैप बहुत बड़ा है, तो कम ऊर्जा वाला सूर्य का प्रकाश बिना अवशोषित हुए गुजर जाता है; यदि यह बहुत छोटा है, तो उच्च ऊर्जा वाले फोटॉन अपनी अतिरिक्त ऊर्जा को गर्मी के रूप में बर्बाद करते हैं। सौर स्पेक्ट्रम से मेल खाने वाला एक मध्यवर्ती गैप सबसे अधिक उपयोगी ऊर्जा को पकड़ता है, यही कारण है कि अवशोषक रसायन विज्ञान को उस सीमा तक पहुंचने के लिए चुना जाता है।
- सौर ईंधन क्या है?
- सौर ईंधन एक रसायन है, जैसे हाइड्रोजन, जो सूर्य के प्रकाश का उपयोग करके पानी के विभाजन जैसी ऊपर की ओर जाने वाली प्रतिक्रिया को चलाने के लिए बनाया जाता है। फोटोइलेक्ट्रोकेमिकल सामग्री प्रकाश को अवशोषित करती है और परिणामी आवेशों का उपयोग प्रतिक्रिया को करने के लिए करती है, जिससे सौर ऊर्जा को बाद में उपयोग के लिए रासायनिक बंधों में संग्रहीत किया जाता है।