ഈ ബ്ലോഗ് പോസ്റ്റിൽ, ഫോസിൽ ഇന്ധന ശോഷണം എന്ന പ്രശ്നത്തിന് ഒരു പരിഹാരമായി സോളാർ സെൽ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ സാധ്യതകളും ഭാവി സാധ്യതകളും നമ്മൾ പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യും.
ആഗോളതലത്തിൽ, എണ്ണ, കൽക്കരി, പ്രകൃതിവാതകം തുടങ്ങിയ ഫോസിൽ ഇന്ധനങ്ങളെയാണ് ഊർജ്ജ ആവശ്യകതയിൽ ഭൂരിഭാഗവും ആശ്രയിക്കുന്നത്. ദശലക്ഷക്കണക്കിന് വർഷങ്ങൾക്ക് മുമ്പ് ഭൂമിയിൽ ജീവിച്ചിരുന്ന ജീവികളുടെ അവശിഷ്ടങ്ങൾ വിഘടിച്ച് പ്രത്യേക പാരിസ്ഥിതിക സാഹചര്യങ്ങളിൽ നിക്ഷേപിക്കപ്പെടുമ്പോൾ രൂപം കൊള്ളുന്ന ഊർജ്ജ സ്രോതസ്സുകളാണ് ഫോസിൽ ഇന്ധനങ്ങൾ. ദശലക്ഷക്കണക്കിന് വർഷങ്ങൾ എടുക്കുന്ന അവയുടെ രൂപീകരണ പ്രക്രിയയുടെ സ്വഭാവം കാരണം, അവയെ പുനരുപയോഗിക്കാനാവാത്ത വിഭവങ്ങളായി തരംതിരിക്കുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, വ്യാവസായിക വിപ്ലവത്തിനുശേഷം ഫോസിൽ ഇന്ധനങ്ങളുടെ തുടർച്ചയായി വർദ്ധിച്ചുവരുന്ന ഉപഭോഗം കാരണം, ഈ വിഭവങ്ങൾ ക്രമേണ കുറയുന്നു. കൂടാതെ, ഈ ഫോസിൽ ഇന്ധനങ്ങളുടെ അമിതമായ ഉപയോഗം ഹരിതഗൃഹ വാതക ഉദ്വമനം പോലുള്ള ഗുരുതരമായ പാരിസ്ഥിതിക പ്രശ്നങ്ങൾക്ക് കാരണമാകുന്നു. ഈ പ്രശ്നങ്ങൾ മനുഷ്യരാശിയുടെ സുസ്ഥിര വികസനത്തിന് ഭീഷണിയാണ്, തൽഫലമായി, ലോകമെമ്പാടും ബദൽ ഊർജ്ജ സ്രോതസ്സുകളുടെ വികസനത്തിൽ താൽപ്പര്യം വർദ്ധിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുകയാണ്. സൗരോർജ്ജം, കാറ്റ്, ബയോമാസ്, ഭൂതാപ ഊർജ്ജം തുടങ്ങിയ വിവിധ ബദൽ ഊർജ്ജ സ്രോതസ്സുകൾ ഗവേഷണം ചെയ്യപ്പെടുന്നു. പ്രത്യേകിച്ച്, സൗരോർജ്ജം - സ്ഥാനം നിയന്ത്രിക്കാത്തതും പാരിസ്ഥിതിക പ്രശ്നങ്ങൾ ഉണ്ടാക്കാത്തതും - ഫോസിൽ ഇന്ധനങ്ങൾക്ക് പകരമായി പ്രാധാന്യം നേടുന്നു.
പ്രകാശോർജ്ജത്തെ വൈദ്യുതോർജ്ജമാക്കി മാറ്റുകയും സംഭരിക്കുകയും ചെയ്യുന്ന ഒരു ഉപകരണമാണ് സോളാർ സെൽ. നമ്മൾ സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്ന ഡ്രൈ-സെൽ ബാറ്ററികളും റീചാർജ് ചെയ്യാവുന്ന ബാറ്ററികളും കെമിക്കൽ സെല്ലുകളാണ്, അവ സോളാർ സെല്ലുകളിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമാണ്. കെമിക്കൽ സെല്ലുകൾ അവയുടെ ആന്തരിക വസ്തുക്കളുടെ രാസപ്രവർത്തനങ്ങളിലൂടെ വൈദ്യുതോർജ്ജം ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നു. അതിനാൽ, മുൻകൂട്ടി സംഭരിച്ചിരിക്കുന്ന മെറ്റീരിയൽ തീർന്നുകഴിഞ്ഞാൽ, അവയ്ക്ക് ഇനി വൈദ്യുതി ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ കഴിയില്ല. ഇതിനു വിപരീതമായി, സൗരോർജ്ജ സെല്ലുകൾ ഫോട്ടോഇലക്ട്രിക് പ്രഭാവം ഉപയോഗിക്കുന്ന ഭൗതിക കോശങ്ങളാണ്, ബാഹ്യ ഊർജ്ജ സ്രോതസ്സായ പ്രകാശം കുറയാത്തിടത്തോളം കാലം അവയ്ക്ക് അനിശ്ചിതമായി വൈദ്യുതി ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ അനുവദിക്കുന്നു. ഒരു നിശ്ചിത തീവ്രതയോ അതിൽ കൂടുതലോ ഉള്ള വെളിച്ചത്തിൽ ഒരു ലോഹത്തിൽ നിന്ന് ഇലക്ട്രോണുകൾ പുറപ്പെടുവിക്കുന്ന പ്രതിഭാസത്തെയാണ് ഫോട്ടോഇലക്ട്രിക് പ്രഭാവം എന്ന് പറയുന്നത്. ഒരു ഇലക്ട്രോൺ പുറന്തള്ളപ്പെടുമ്പോൾ, അത് "ആവേശഭരിതമാണ്" എന്ന് പറയപ്പെടുന്നു. അത് പ്രകാശസംഭവത്തിന്റെ ഊർജ്ജം ആഗിരണം ചെയ്യുകയും അതിന്റെ യഥാർത്ഥ അവസ്ഥയേക്കാൾ കൂടുതൽ ഊർജ്ജം നേടുകയും ചെയ്താൽ, അത് ആവേശഭരിതമാകും. അത്തരമൊരു ആവേശഭരിതമായ ഇലക്ട്രോണിന് അധിക ഊർജ്ജം പുറപ്പെടുവിച്ചുകൊണ്ട് അതിന്റെ യഥാർത്ഥ സ്ഥാനത്തേക്ക് മടങ്ങാം അല്ലെങ്കിൽ ആവേശഭരിതമായ അവസ്ഥയിൽ തുടരുമ്പോൾ മറ്റൊരു സ്ഥലത്തേക്ക് രക്ഷപ്പെടാം. ഓരോ സാഹചര്യത്തിലും ഇലക്ട്രോണുകൾ ഏറ്റവും സ്ഥിരതയുള്ള പാത തിരഞ്ഞെടുക്കുന്നു; ഇലക്ട്രോണുകൾ രണ്ടാമത്തെ ഓപ്ഷൻ തിരഞ്ഞെടുക്കുന്ന സാഹചര്യങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നു, ഇത് സർക്യൂട്ടിലൂടെ ഒഴുകാൻ അനുവദിക്കുന്നു.
1945-ൽ അമേരിക്കയിലാണ് സോളാർ സെല്ലുകൾ ആദ്യമായി വികസിപ്പിച്ചെടുത്തത്, അവയെ ഒന്നാം തലമുറ സോളാർ സെല്ലുകൾ എന്ന് വിളിക്കുന്നു. വ്യത്യസ്ത വൈദ്യുത ഗുണങ്ങളുള്ള പി-ടൈപ്പ് (പോസിറ്റീവ്), എൻ-ടൈപ്പ് (നെഗറ്റീവ്) അർദ്ധചാലകങ്ങൾ ഒരുമിച്ച് ചേരുന്ന ഒരു ഘടനയാണ് ഒന്നാം തലമുറ സോളാർ സെല്ലുകൾക്കുള്ളത്. ഈ രണ്ട് അർദ്ധചാലകങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നതിന് ചെറിയ അളവിലുള്ള മാലിന്യങ്ങൾ (യഥാക്രമം ബോറോണും ഫോസ്ഫറസും) സിലിക്കണിൽ കലർത്തുന്നതിനാൽ, അവയെ സിലിക്കൺ സോളാർ സെല്ലുകൾ എന്നും വിളിക്കുന്നു. ബോറോണിൽ 5 ഇലക്ട്രോണുകളും ഫോസ്ഫറസിൽ 15 ഇലക്ട്രോണുകളും അടങ്ങിയിരിക്കുന്നതിനാൽ, ഫോസ്ഫറസ്-ഡോപ്പഡ് എൻ-ടൈപ്പ് അർദ്ധചാലകത്തിൽ ബോറോൺ-ഡോപ്പഡ് പി-ടൈപ്പ് അർദ്ധചാലകത്തേക്കാൾ കൂടുതൽ ഇലക്ട്രോണുകൾ (-) ഉണ്ട്. അതേ കാരണത്താൽ, പി-ടൈപ്പ് അർദ്ധചാലകത്തിൽ കൂടുതൽ ദ്വാരങ്ങൾ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു - ഇലക്ട്രോണുകൾ ഇല്ലാത്ത ഒഴിവുകൾ - അവയെ "ദ്വാരങ്ങൾ (+)" എന്ന് വിളിക്കുന്നു. പ്രകാശ ഊർജ്ജം പിഎൻ അർദ്ധചാലകത്തിന്റെ ജംഗ്ഷനിൽ അടിക്കുമ്പോൾ, ഫോട്ടോഇലക്ട്രിക് പ്രഭാവം കാരണം ഇലക്ട്രോണുകൾ പുറത്തുവിടുന്നു, ഇത് ഓരോ അർദ്ധചാലകത്തിനുള്ളിലെയും ഇലക്ട്രോണുകളുടെയും ദ്വാരങ്ങളുടെയും എണ്ണം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു. എൻ-ടൈപ്പ് അർദ്ധചാലകത്തിലെ അധിക ഇലക്ട്രോണുകൾ പി-ടൈപ്പ് അർദ്ധചാലകത്തിലേക്ക് നീങ്ങാൻ ശ്രമിക്കുന്നു, പക്ഷേ ഊർജ്ജ വ്യത്യാസം കാരണം അവയ്ക്ക് ജംഗ്ഷൻ കടക്കാൻ കഴിയില്ല. അതിനാൽ, രണ്ട് തരം സെമികണ്ടക്ടറുകളും ഒരു വയർ ഉപയോഗിച്ച് ബന്ധിപ്പിക്കുമ്പോൾ, n-ടൈപ്പ് സെമികണ്ടക്ടറിൽ നിന്നുള്ള അധിക ഇലക്ട്രോണുകൾ വയർ വഴി p-ടൈപ്പ് സെമികണ്ടക്ടറിലേക്ക് ഒഴുകുന്നു.
ഒന്നാം തലമുറ സോളാർ സെല്ലുകൾ 25% വരെ കാര്യക്ഷമത കൈവരിക്കുകയും രാസപരമായി സ്ഥിരതയുള്ളവയുമാണ്. നിലവിൽ സോളാർ സെൽ വിപണിയുടെ 80% ത്തിലധികവും ഒന്നാം തലമുറ സോളാർ സെല്ലുകളാണ്. എന്നിരുന്നാലും, പ്രകാശം ആഗിരണം ചെയ്യുന്നതിനും ഇലക്ട്രോണുകൾ നടത്തുന്നതിനും സിലിക്കൺ രണ്ട് പങ്കും വഹിക്കുന്നതിനാൽ, സിലിക്കൺ പരിശുദ്ധി കുറയുന്നതിനനുസരിച്ച് കാര്യക്ഷമത കുറയുന്നു, ഇത് നിർമ്മാണ പ്രക്രിയയിൽ ഉയർന്ന അളവിലുള്ള കൃത്യത ആവശ്യമാണ്. കൂടാതെ, ഉയർന്ന പരിശുദ്ധിയുള്ള സിലിക്കൺ പ്രാഥമിക അസംസ്കൃത വസ്തുവായി ഉപയോഗിക്കുന്നതിനാൽ, ഉൽപാദനച്ചെലവ് വളരെ കൂടുതലാണ്. അവയ്ക്ക് വഴക്കമില്ലാത്തതും അതാര്യവുമായതിനാൽ സൗന്ദര്യാത്മക ആകർഷണം കുറയുന്നു എന്ന പോരായ്മയുമുണ്ട്.
ഈ പ്രശ്നങ്ങൾ പരിഹരിക്കുന്നതിനായി വികസിപ്പിച്ചെടുത്ത രണ്ടാം തലമുറ സോളാർ സെല്ലുകൾ, ഉൽപാദനച്ചെലവ് കുറയ്ക്കുന്നതിൽ ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിച്ചു. വിശാലമായ പ്രദേശങ്ങളിൽ സോളാർ സെല്ലുകൾ വലിയ തോതിൽ സ്ഥാപിക്കേണ്ടതിനാൽ, കുറഞ്ഞ ഉപകരണച്ചെലവ് നേരിട്ട് കുറഞ്ഞ ഉൽപാദനച്ചെലവിലേക്ക് വിവർത്തനം ചെയ്യപ്പെടുന്നു. പ്രകാശം ആഗിരണം ചെയ്യുന്ന ജൈവ ചായത്തിന്റെ നേർത്ത പാളി ഒരു അജൈവ അടിവസ്ത്രത്തിൽ പ്രയോഗിച്ചുകൊണ്ട് സൃഷ്ടിക്കപ്പെട്ട രണ്ടാം തലമുറ സോളാർ സെല്ലുകൾ നേർത്ത-ഫിലിം സോളാർ സെല്ലുകൾ എന്നും അറിയപ്പെടുന്നു. അവയുടെ പ്രവർത്തന തത്വം ഒന്നാം തലമുറ സോളാർ സെല്ലുകളുടേതിന് സമാനമാണെങ്കിലും, ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ആഗിരണം, ഗതാഗതം എന്നിവ സെമികണ്ടക്ടറിനുള്ളിൽ ഒരേസമയം സംഭവിക്കുന്നില്ല, മറിച്ച് വേർതിരിക്കപ്പെടുന്നു. സിലിക്കൺ ഒരു കാരിയർ ആയി മാത്രമേ പ്രവർത്തിക്കൂ, അതേസമയം നേർത്തതും വ്യാപകമായി വ്യാപിച്ചതുമായ ജൈവ ചായം സൗരോർജ്ജം ആഗിരണം ചെയ്യുന്നു. തൽഫലമായി, സോളാർ സെല്ലിന്റെ കാര്യക്ഷമത സിലിക്കണിന്റെ പരിശുദ്ധിയെ ആശ്രയിക്കുന്നില്ല, ഇത് വിലയേറിയ 100% ശുദ്ധമായ സിലിക്കണിന്റെ ആവശ്യകത ഇല്ലാതാക്കുന്നു. കൂടാതെ, രണ്ടാം തലമുറ സോളാർ സെല്ലുകൾ നേർത്തതും സുതാര്യവും വഴക്കമുള്ളതുമായതിനാൽ, ജനാലകൾ, ഹരിതഗൃഹങ്ങൾ, ചെറിയ ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങൾ എന്നിവ നിർമ്മിക്കുന്നതിൽ അവ ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയും. എന്നിരുന്നാലും, അവ നേർത്തതിനാൽ, അവയുടെ കാര്യക്ഷമത ഒന്നാം തലമുറ സോളാർ സെല്ലുകളേക്കാൾ കുറവാണ്.
നിലവിൽ സജീവ ഗവേഷണ വിഷയമായ മൂന്നാം തലമുറ സോളാർ സെല്ലുകൾ, രണ്ടാം തലമുറ സോളാർ സെല്ലുകളുടെ ഗുണങ്ങൾ നിലനിർത്തിക്കൊണ്ട് ഊർജ്ജ കാര്യക്ഷമത വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിൽ ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കുന്നു. 1991-ൽ സ്വിസ് ഫെഡറൽ ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് ടെക്നോളജിയിലെ പ്രൊഫസർ ഗ്രാറ്റ്സലിന്റെ സംഘം വികസിപ്പിച്ചെടുത്ത ഡൈ-സെൻസിറ്റൈസ്ഡ് സോളാർ സെല്ലുകൾ (DSSC), വളരെ ചെറിയ നാനോകണങ്ങളും അതിലും ചെറിയ ഡൈ പോളിമറുകളും ഉപയോഗിക്കുന്നു. സൗരോർജ്ജ ആഗിരണം, ചാർജ് ട്രാൻസ്പോർട്ട് എന്നിവയുടെ വേർതിരിക്കൽ രണ്ടാം തലമുറ സോളാർ സെല്ലുകളിലേതിന് സമാനമാണെങ്കിലും, ഒരു യൂണിറ്റ് വോളിയത്തിന് ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് വളരെ ചെറിയ കണങ്ങളുടെ (നാനോകണങ്ങളും ഡൈ പോളിമറുകളും) ഉപയോഗം ഗണ്യമായ ശ്രദ്ധ ആകർഷിച്ചു. ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് രണ്ട് കണികകൾക്കിടയിലുള്ള സമ്പർക്ക ഉപരിതലത്തിലൂടെ മാത്രമേ സഞ്ചരിക്കാൻ കഴിയൂ എന്നതിനാൽ, നാനോകണങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഡൈ-സെൻസിറ്റൈസ്ഡ് സോളാർ സെല്ലുകൾക്ക് വളരെ ഉയർന്ന ഊർജ്ജ കാര്യക്ഷമത കൈവരിക്കാൻ കഴിഞ്ഞു. വ്യത്യസ്ത തരംഗദൈർഘ്യ ശ്രേണികളുള്ള ഒന്നിലധികം സോളാർ സെല്ലുകൾ സംയോജിപ്പിച്ച് യുഎസ് ഡിഫൻസ് അഡ്വാൻസ്ഡ് റിസർച്ച് പ്രോജക്ട്സ് ഏജൻസി (DARPA) ഒരു ഹൈബ്രിഡ് ടാൻഡം സോളാർ സെൽ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു. ഊർജ്ജ സ്രോതസ്സുകളായി വിശാലമായ തരംഗദൈർഘ്യങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ചുകൊണ്ട്, അവ കാര്യക്ഷമത വർദ്ധിപ്പിച്ചു. കൂടാതെ, കൊളോൺ, സാംസങ് തുടങ്ങിയ കമ്പനികൾ നിലവിൽ സജീവ ഗവേഷണം നടത്തുന്ന MEG സോളാർ സെല്ലുകൾ, ഒരൊറ്റ പ്രകാശ കണികയിൽ നിന്ന് രണ്ടോ അതിലധികമോ ഇലക്ട്രോൺ-ഹോൾ ജോഡികൾ സൃഷ്ടിക്കുന്ന ഒരു സംവിധാനത്തിലൂടെ കാര്യക്ഷമത മെച്ചപ്പെടുത്തിയിട്ടുണ്ട്. ഒന്നിലധികം PN ജംഗ്ഷനുകൾ അടുക്കി വയ്ക്കുന്നതിലൂടെ, ഉപരിതലത്തിൽ ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെടുന്ന സൂര്യപ്രകാശം ഒന്നിലധികം തവണ ആഗിരണം ചെയ്യാനും വീണ്ടും ആഗിരണം ചെയ്യാനും കഴിയും.
ഫോസിൽ ഇന്ധനങ്ങളെ മാറ്റിസ്ഥാപിക്കാൻ അവയുടെ കാര്യക്ഷമത ഇതുവരെ ഉയർന്നിട്ടില്ലെങ്കിലും, ക്ഷയിച്ചുവരുന്ന രാസ ഇന്ധനങ്ങളിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, സോളാർ സെല്ലുകളുടെ ഊർജ്ജ സ്രോതസ്സ് അനന്തമാണ്. നമ്മൾ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഫോസിൽ ഇന്ധനങ്ങളിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി സൗരോർജ്ജം ഒരു ശുദ്ധമായ ഊർജ്ജ സ്രോതസ്സായി കണക്കാക്കപ്പെടുന്നു, കൂടാതെ ഹരിതഗൃഹ വാതക ഉദ്വമനം കുറയ്ക്കുന്നതിനുള്ള ആഗോള ശ്രമങ്ങൾക്ക് ഇത് ഗണ്യമായി സംഭാവന നൽകുന്നു. തൽഫലമായി, സോളാർ സെൽ സാങ്കേതികവിദ്യ ഊർജ്ജ മേഖലയിൽ നവീകരണത്തിന് നേതൃത്വം നൽകുന്നു, കൂടാതെ വിവിധ വ്യവസായങ്ങളിൽ ഇത് ഒരു പ്രധാന പങ്ക് വഹിക്കുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു. കൂടാതെ, വൈവിധ്യമാർന്ന തത്വങ്ങളിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന സോളാർ സെല്ലുകളുടെ ആവിർഭാവവും ഈ സെല്ലുകളുടെ വർദ്ധിച്ചുവരുന്ന കാര്യക്ഷമതയും കൂടുതൽ ഗവേഷണത്തിനും വികസനത്തിനും പ്രായോഗിക പ്രയോഗത്തിനുമുള്ള സാധ്യതകൾ തെളിയിക്കുന്നു. വാണിജ്യവൽക്കരിക്കപ്പെട്ട സോളാർ സെല്ലുകളുടെ വൈവിധ്യം നാം കാണാൻ അധികം താമസിയാതെ തന്നെ.
