सौर सेल और फोटोसेल दोनों ही प्रकाश का उपयोग करते हैं, लेकिन अलग-अलग कार्यों के लिए। सौर सेल (या फोटोवोल्टिक सेल) सूर्य के प्रकाश को सीधे बिजली में परिवर्तित करना, घरों से लेकर छोटे उपकरणों तक सभी को शक्ति प्रदान करना। फोटोकल्सदूसरी ओर, ये प्रकाश संसूचक हैं; ये स्वचालित स्ट्रीट लाइट या कैमरा सेटिंग जैसे उपकरणों को नियंत्रित करने के लिए प्रकाश में होने वाले परिवर्तनों को महसूस करते हैं, लेकिन महत्वपूर्ण शक्ति उत्पन्न नहीं करते हैं।
सौर सेल ऊर्जा जनरेटर हैं और फोटोसेल प्रकाश संसूचक हैं। दोनों ही अपने-अपने विशिष्ट तरीके से प्रकाश का उपयोग करते हैं, जिससे अधिक कुशल और पर्यावरण के प्रति जागरूक समाधान प्राप्त होते हैं।
चाबी छीन लेना
- समारोह:सौर सेल बिजली उत्पन्न करते हैं; फोटोसेल प्रकाश का पता लगाते हैं।
- आउटपुट:सौर सेल उपयोगी ऊर्जा उत्पन्न करते हैं; फोटोसेल प्रकाश परिवर्तनों का संकेत देते हैं।
- अनुप्रयोग फोकस:ऊर्जा आपूर्ति के लिए सौर सेल; संवेदन/स्विचिंग के लिए फोटोसेल।
- सामग्री:सौर सेल में प्रायः सिलिकॉन का उपयोग होता है; फोटोसेल में विभिन्न प्रकाश-संवेदी पदार्थों का उपयोग होता है।
- प्रदर्शन:सौर सेल की दक्षता शक्ति रूपांतरण है; फोटोसेल का प्रदर्शन संवेदनशीलता/प्रतिक्रिया है।
- स्पेक्ट्रम:सौर सेल एक विस्तृत प्रकाश स्पेक्ट्रम का उपयोग करते हैं; फोटोसेल विशिष्ट तरंगदैर्ध्य को लक्षित कर सकते हैं।
- विकास:दोनों प्रौद्योगिकियां बेहतर दक्षता, लागत और अनुप्रयोगों के लिए आगे बढ़ रही हैं।
सौर कोशिकाओं और फोटोवोल्टिक कोशिकाओं का परिचय
सौर सेल और फोटोवोल्टिक सेल नवीकरणीय ऊर्जा और प्रकाश संसूचन में प्रमुख प्रौद्योगिकियां हैं, जो सूर्य के प्रकाश को बिजली या विद्युत संकेतों में परिवर्तित करती हैं।
सौर कोशिकाओं को परिभाषित करना
A सौर सेल मोटे तौर पर, यह एक विद्युत उपकरण को संदर्भित करता है जो प्रकाश ऊर्जा को सीधे विद्युत में परिवर्तित करता है। ये अर्धचालक उपकरण, आमतौर पर भिन्न विद्युत गुणों वाली सिलिकॉन परतें, एक आंतरिक विद्युत क्षेत्र उत्पन्न करते हैं। जब सूर्य का प्रकाश (फोटॉन) सेल से टकराता है, तो फोटॉन ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों को मुक्त करती है, और आंतरिक क्षेत्र इन इलेक्ट्रॉनों को गति प्रदान करता है, जिससे विद्युत धारा उत्पन्न होती है।
प्रपत्रों में शामिल हैं:
- मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन कोशिकाएंएकल सिलिकॉन क्रिस्टल, उच्चतम दक्षता (15-22% वाणिज्यिक), एक समान उपस्थिति।
- पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन कोशिकाएं: अनेक सिलिकॉन टुकड़े, थोड़ी कम दक्षता (13-16%), कम लागत।
- पतली फिल्म सौर सेल: अनाकार सिलिकॉन (a-Si), कैडमियम टेल्यूराइड (CdTe), या कॉपर इंडियम गैलियम सेलेनाइड (CIGS) जैसी सामग्रियों की पतली परतें; लचीली, कम सामग्री, अक्सर कम दक्षता।
फोटोवोल्टिक कोशिकाओं को परिभाषित करना
अवधि फोटोवोल्टिक (पीवी) सेल ऊर्जा उत्पादन के लिए "सौर सेल" का पर्यायवाची शब्द "फोटोवोल्टिक" (ग्रीक "फॉस" - प्रकाश, और "वोल्टेइक" - विद्युत) प्रत्यक्ष प्रकाश-से-विद्युत रूपांतरण प्रक्रिया का वर्णन करता है।
पीवी सेल, एडमंड बेक्वेरेल द्वारा 1839 में देखे गए फोटोवोल्टिक प्रभाव के माध्यम से संचालित होते हैं। एक विशिष्ट सेल में p-प्रकार (धनात्मक आवेश वाहक) और n-प्रकार (ऋणात्मक आवेश वाहक) अर्धचालक परतें होती हैं जो एक pn जंक्शन बनाती हैं, जो एक विद्युत क्षेत्र उत्पन्न करता है। सूर्य का प्रकाश इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित करता है, जिससे इलेक्ट्रॉन-होल युग्म बनते हैं। यह क्षेत्र इन युग्मों को अलग करता है, जिससे इलेक्ट्रॉन बाहरी परिपथ में धारा उत्पन्न करते हैं। आधुनिक पीवी सेल दक्षता बढ़ाने के लिए बहु-जंक्शन डिज़ाइन और सतह बनावट का उपयोग करते हैं।
सौर और फोटोवोल्टिक प्रौद्योगिकियों का ऐतिहासिक विकास
एडमंड बेक्वेरेल ने पहली बार इसका दस्तावेजीकरण किया था। फोटोवोल्टिक प्रभाव 1839 में, चार्ल्स फ्रिट्स ने सेलेनियम का उपयोग करके पहला ठोस-अवस्था सौर सेल बनाया, जिससे <1883% दक्षता प्राप्त हुई।
महत्वपूर्ण सफलता तब मिली जब 1954 में बेल प्रयोगशालाओं मेंजहाँ डेरिल चैपिन, केल्विन फुलर और गेराल्ड पियर्सन ने पहला व्यावहारिक सिलिकॉन सौर सेल (लगभग 6% दक्षता) विकसित किया। इसने विशेष रूप से उपग्रहों को ऊर्जा प्रदान करने के लिए रुचि जगाई।
1970 से 1990 के दशक तक, अनुसंधान का ध्यान दक्षता में सुधार और लागत में कमी लाने पर केंद्रित रहा:
- 1980s: का परिचय बहु-जंक्शन कोशिकाएँ.
- 1990s: में उन्नति पतली-फिल्म प्रौद्योगिकियाँऔर जल्दी भवन-एकीकृत फोटोवोल्टिक्स (बीआईपीवी).
2000 के दशक के प्रारंभ तक, व्यावसायिक पैनल दक्षताएँ 15-20% तक पहुँच गईं। हाल ही में, विशेषीकृत कोशिकाओं के लिए प्रयोगशाला दक्षताएँ 40% से अधिक हो गई हैं। वर्तमान नवाचारों में शामिल हैं पेरोव्स्काइट सौर सेल, उच्च दक्षता और कम विनिर्माण लागत का वादा करता है।
डिजाइन और संरचना
फोटोवोल्टिक सेल (ऊर्जा के लिए) और फोटोसेल (संवेदन के लिए) की डिज़ाइन और सामग्री संरचना अलग-अलग होती है जो उनके कार्यों को दर्शाती है। पीवी सेल ऊर्जा उत्पादन के लिए अनुकूलित होते हैं; फोटोसेल संवेदनशील प्रकाश संवेदन के लिए।
फोटोवोल्टिक कोशिकाओं की सामग्री संरचना
पीवी कोशिकाएं मुख्य रूप से उपयोग करती हैं अर्धचालकों, साथ में सिलिकॉन (Si) सबसे आम है।
- मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन: उच्च दक्षता, अधिक महंगा।
- पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन: कम खर्चीला, थोड़ी कम दक्षता।
- पतली फिल्म कोशिकाएं: सामग्री जैसे CdTe, CIGSया, एक-सी; कम सामग्री, लचीला.
इन सामग्रियों को इष्टतम के लिए चुना जाता है फोटोवोल्टिक गुण, एक व्यापक सौर स्पेक्ट्रम को अवशोषित करता है और कुशलतापूर्वक आवेश वाहक उत्पन्न करता है। उन्नत बहु-जंक्शन (टेंडेम) कोशिकाएं विभिन्न तरंगदैर्घ्यों को पकड़ने के लिए विभिन्न अर्धचालकों को एक साथ रखना, जिससे दक्षता बढ़ जाती है। पेरोव्स्काइट्स एक आशाजनक अनुसंधान क्षेत्र हैं।
संरचनात्मक अंतर और समानताएँ
फोटोसेल का डिज़ाइन आमतौर पर बिजली पैदा करने वाले सौर सेलों की तुलना में सरल होता है।
- एक ठेठ फोटोसेल (उदाहरण के लिए, फोटोरेसिस्टर)इसमें प्रकाश-संवेदनशील पदार्थ (सेलेनियम, सीडीएस, पीबीएस) एक इन्सुलेटिंग सब्सट्रेट पर प्रवाहकीय संपर्कों के साथ होता है, जो प्रतिरोध परिवर्तन या छोटे सिग्नल उत्पादन के लिए अनुकूलित होता है।
ऊर्जा के लिए सौर कोशिकाओं को एक जटिल स्तरित संरचना की आवश्यकता होती है:
- सुरक्षात्मक आवरण(उदाहरण के लिए, ग्लास फ्रंट, टिकाऊ बैकशीट)।
- परावर्तक - विरोधी लेपप्रकाश अवशोषण को अधिकतम करने के लिए.
- धातु संपर्क(फ्रंट ग्रिड, बैक लेयर) करंट एकत्रित करने के लिए।
- पीएन जंक्शन(कोर पी-प्रकार और एन-प्रकार परतें) जहां फोटोवोल्टिक प्रभाव होता है।
जबकि दोनों अर्धचालकों का उपयोग करते हैं, सौर सेल सक्रिय क्षेत्र को अधिकतम करने को प्राथमिकता देते हैं ऊर्जा रूपांतरण दक्षताफोटोसेल प्राथमिकता देते हैं पता लगाने की संवेदनशीलता, जवाब देने का समय, और अक्सर वर्णक्रमीय चयनात्मकता.
कार्य सिद्धांत
सौर सेल और फोटोसेल प्रकाश के साथ अंतःक्रिया करते हैं, लेकिन अलग-अलग सिद्धांतों पर काम करते हैं, जो उनके प्रकाश रूपांतरण के तरीकों और आउटपुट को निर्धारित करते हैं।
फोटोवोल्टिक सेल प्रकाश को बिजली में कैसे परिवर्तित करते हैं
पीवी कोशिकाएं किसके माध्यम से कार्य करती हैं फोटोवोल्टिक प्रभावआंतरिक विद्युत क्षेत्र के साथ pn जंक्शन बनाने वाले अर्धचालकों (आमतौर पर सिलिकॉन) से निर्मित, यह प्रक्रिया है:
- प्रकाश अवशोषणपर्याप्त ऊर्जा वाले फोटॉन अवशोषित होते हैं।
- इलेक्ट्रॉन-होल युग्म निर्माणअवशोषित ऊर्जा इलेक्ट्रॉन-होल युग्म बनाती है।
- चार्ज पृथक्करण: पी.एन. जंक्शन का विद्युत क्षेत्र इन जोड़ों को अलग करता है।
- वर्तमान जनरेशन: इलेक्ट्रॉन एक बाहरी सर्किट से होकर प्रवाहित होते हैं, जिससे डी.सी. उत्पन्न होती है।
मुख्य घटक: प्रकाश-अवशोषित अर्धचालक परतें, प्रति-परावर्तक कोटिंग, धातु संपर्क, सब्सट्रेट और एनकैप्सुलेशन।
कार्य तंत्र का तुलनात्मक विश्लेषण
फोटोसेल (फोटोडिटेक्टर, एलडीआर) पर काम करते हैं प्रकाश विद्युत प्रभाव or प्रकाश-चालक प्रभाव, प्रकाश का पता लगाना और प्रतिरोध को बदलकर या पर्याप्त शक्ति नहीं बल्कि एक छोटा विद्युत संकेत उत्पन्न करके प्रतिक्रिया करना।
फोटोसेल तंत्र के प्रकार:
- फोटोरेसिस्टर (LDRs): प्रतिरोध कम हो जाती हैसाथ में बढ़ती प्रकाश की तीव्रता.
- फोटोडिओडअर्धचालक pn जंक्शन; कम वोल्टेज उत्पन्न कर सकते हैं (फोटोवोल्टिक मोड) या, सामान्यतः संवेदन के लिए (फोटोकंडक्टिव मोड), इनका रिवर्स करंट प्रकाश की तीव्रता के साथ बढ़ता है। तीव्र प्रतिक्रिया।
- फोटोट्रांजिस्टरप्रकाश-नियंत्रित ट्रांजिस्टर; फोटॉन आधार धारा उत्पन्न करते हैं, जो संग्राहक धारा को प्रवर्धित करती है। फोटोडायोड की तुलना में उच्च संवेदनशीलता, सामान्यतः धीमी।
भेद:
- सौर सेल (पीवी सेल): सक्रिय रूप से प्रयोग करने योग्य विद्युत शक्ति का उत्पादन, दक्षता को ऊर्जा रूपांतरण दर में मापा जाता है (उदाहरण के लिए, 15-22% वाणिज्यिक)।
- फोटोकल्स: मुख्यतः सेंसर/स्विच। आउटपुट एक प्रतिरोध परिवर्तन या छोटा सिग्नल होता है। प्रदर्शन का मूल्यांकन संवेदनशीलता, गतिशील रेंज और प्रतिक्रिया समय के आधार पर किया जाता है।
अनुप्रयोगों
सौर सेल और फोटोसेल के अलग-अलग कार्यों के कारण विभिन्न उद्योगों में इनका उपयोग अलग-अलग होता है।
औद्योगिक और उपयोगिता-स्तरीय अनुप्रयोग
सौर सेल (फोटोवोल्टिक पैनल):
- उपयोगिता-स्तरीय सौर फार्म: ग्रिड-स्तर पर बिजली उत्पन्न करना।
- वाणिज्यिक और औद्योगिक छतों: बिजली की लागत कम करना और स्थिरता लक्ष्यों को पूरा करना।
- दूरस्थ औद्योगिक संचालनखनन, दूरसंचार आदि के लिए ऑफ-ग्रिड बिजली उपलब्ध कराना।
फोटोकल्स:
- स्वचालित नियंत्रण प्रणाली: प्रक्रिया नियंत्रण, सुरक्षा पर्दे के लिए सेंस लाइट।
- गुणवत्ता नियंत्रण और छंटाई: उत्पादों का पता लगाना, संरेखण सत्यापित करना, आइटम गिनना।
- सुरक्षा और निगरानी प्रणाली: गति डिटेक्टरों, परिधि अलार्म में उपयोग किया जाता है।
- सड़क और क्षेत्र प्रकाश नियंत्रण: परिवेश प्रकाश के आधार पर प्रकाश व्यवस्था को स्वचालित करें।
उभरते और विशिष्ट अनुप्रयोग
सौर कोशिकाएं:
- पहनने योग्य प्रौद्योगिकी और IoT उपकरण: बैटरी को पावर दें या उसका जीवनकाल बढ़ाएँ।
- बिल्डिंग-एकीकृत फोटोवोल्टिक्स (बीआईपीवी): सौर सेल निर्माण सामग्री के रूप में (खिड़कियाँ, अग्रभाग)।
- परिवहन: ई.वी., नावों के लिए सहायक ऊर्जा; सौर कारों/ड्रोनों के लिए प्राथमिक ऊर्जा।
- कृषि (एग्रीवोल्टेक्स)फसलों के साथ सह-स्थान; दूरस्थ सिंचाई के लिए शक्ति।
- अंतरिक्ष की खोज: रोवर्स और मिशनों के लिए शक्ति।
फोटोकल्स:
- वैज्ञानिक और विश्लेषणात्मक उपकरणस्पेक्ट्रोफोटोमीटर आदि में सटीक प्रकाश मापन।
- उन्नत कैमरा सिस्टम: ऑटोफोकस, श्वेत संतुलन, छवि स्थिरीकरण।
- चिकित्सा उपकरणों: पल्स ऑक्सीमीटर, ग्लूकोज मॉनिटर, प्रकाश चिकित्सा नियंत्रण।
- कला संरक्षणसंग्रहालयों में प्रकाश के स्तर पर निगरानी रखें।
- ऑप्टिकल संचार: फाइबर ऑप्टिक रिसीवर में कुंजी.
निष्कर्ष
सौर सेल और फोटोसेल, दोनों ही प्रकाश-अंतःक्रियाशील होते हुए भी, अलग-अलग तकनीकी उद्देश्यों की पूर्ति करते हैं। सौर कोशिकाएं मुख्यत सूर्य के प्रकाश से बिजली उत्पन्न करना फोटोवोल्टिक प्रभाव के माध्यम से, जो नवीकरणीय ऊर्जा के लिए महत्वपूर्ण है।
फोटोकल्स, इसके विपरीत, के रूप में कार्य करें प्रकाश संवेदकप्रकाश की प्रतिक्रिया में विद्युत गुणों में परिवर्तन। यह स्वचालित प्रकाश व्यवस्था और कैमरा प्रणालियों जैसे पता लगाने, मापन और नियंत्रण अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है।
सामग्री विकल्प इन कार्यों को प्रतिबिंबित करते हैं: सौर कोशिकाओं के लिए सिलिकॉन (ऊर्जा रूपांतरण); फोटोसेल्स के लिए सीडीएस या विशेष सिलिकॉन जैसी सामग्री (संवेदनशीलता/प्रतिक्रिया)।
दक्षता संबंधी विचार अंतर: सौर कोशिकाओं के लिए शक्ति रूपांतरण प्रतिशत; फोटोसेल के लिए संवेदनशीलता और प्रतिक्रिया समय।
दोनों क्षेत्र गतिशील हैं, और निरंतर अनुसंधान एवं विकास के कारण दक्षता, लागत और बहुमुखी प्रतिभा में सुधार हो रहा है। सौर ऊर्जा का दोहन करने या प्रकाश-प्रतिक्रियाशील प्रणालियों को लागू करने के लिए सही तकनीक चुनने हेतु इनके मूलभूत अंतरों को समझना महत्वपूर्ण है।
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