എന്താണ് ഫോട്ടോവോട്ടിക്സ്?

മുകളിലുള്ള ഡയഗ്രം ഒരു അടിസ്ഥാന ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്ക് സെല്ലിന്റെ പ്രവർത്തനത്തെ ചിത്രീകരിക്കുന്നു, സോളാർ സെൽ എന്നും വിളിക്കപ്പെടുന്നു. മൈക്രോ ഇലക്‌ട്രോണിക്‌സ് വ്യവസായത്തിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന സിലിക്കൺ പോലെയുള്ള അർദ്ധചാലക വസ്തുക്കളാണ് സോളാർ സെല്ലുകൾ നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്. സോളാർ സെല്ലുകൾക്ക്, ഒരു നേർത്ത അർദ്ധചാലക വേഫർ ഒരു വൈദ്യുത മണ്ഡലം രൂപപ്പെടുത്തുന്നതിന് പ്രത്യേകം ചികിത്സിക്കുന്നു, ഒരു വശത്ത് പോസിറ്റീവ്, മറുവശത്ത് നെഗറ്റീവ്. പ്രകാശ ഊർജം സോളാർ സെല്ലിൽ അടിക്കുമ്പോൾ, അർദ്ധചാലക പദാർത്ഥത്തിലെ ആറ്റങ്ങളിൽ നിന്ന് ഇലക്ട്രോണുകൾ അയഞ്ഞുപോകും. വൈദ്യുത ചാലകങ്ങൾ പോസിറ്റീവ്, നെഗറ്റീവ് വശങ്ങളിൽ ഘടിപ്പിച്ച് ഒരു ഇലക്ട്രിക്കൽ സർക്യൂട്ട് രൂപപ്പെടുത്തിയാൽ, ഇലക്ട്രോണുകളെ ഒരു വൈദ്യുത പ്രവാഹത്തിന്റെ രൂപത്തിൽ പിടിച്ചെടുക്കാൻ കഴിയും - അതായത് വൈദ്യുതി. ഈ വൈദ്യുതി പിന്നീട് ലൈറ്റ് അല്ലെങ്കിൽ ടൂൾ പോലുള്ള ഒരു ലോഡിന് പവർ ചെയ്യാൻ ഉപയോഗിക്കാം.

പരസ്പരം വൈദ്യുതമായി ബന്ധിപ്പിച്ച് ഒരു പിന്തുണാ ഘടനയിലോ ഫ്രെയിമിലോ ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന നിരവധി സോളാർ സെല്ലുകളെ ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്ക് മൊഡ്യൂൾ എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ഒരു സാധാരണ 12 വോൾട്ട് സിസ്റ്റം പോലെയുള്ള ഒരു നിശ്ചിത വോൾട്ടേജിൽ വൈദ്യുതി വിതരണം ചെയ്യുന്നതിനാണ് മൊഡ്യൂളുകൾ രൂപകൽപ്പന ചെയ്തിരിക്കുന്നത്. ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്ന വൈദ്യുതധാര, മൊഡ്യൂളിൽ എത്രമാത്രം പ്രകാശം വീഴുന്നു എന്നതിനെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു.

ഇന്നത്തെ ഏറ്റവും സാധാരണമായ പിവി ഉപകരണങ്ങൾ ഒരു പിവി സെൽ പോലുള്ള ഒരു അർദ്ധചാലകത്തിനുള്ളിൽ ഒരു വൈദ്യുത മണ്ഡലം സൃഷ്ടിക്കുന്നതിന് ഒരൊറ്റ ജംഗ്ഷൻ അല്ലെങ്കിൽ ഇന്റർഫേസ് ഉപയോഗിക്കുന്നു. സിംഗിൾ-ജംഗ്ഷൻ പിവി സെല്ലിൽ, സെൽ മെറ്റീരിയലിന്റെ ബാൻഡ് ഗ്യാപ്പിനേക്കാൾ തുല്യമോ അതിലധികമോ ഊർജ്ജമുള്ള ഫോട്ടോണുകൾക്ക് മാത്രമേ ഒരു ഇലക്ട്രിക് സർക്യൂട്ടിനായി ഒരു ഇലക്ട്രോണിനെ സ്വതന്ത്രമാക്കാൻ കഴിയൂ. മറ്റൊരു വിധത്തിൽ പറഞ്ഞാൽ, സിംഗിൾ-ജംഗ്ഷൻ സെല്ലുകളുടെ ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്ക് പ്രതികരണം സൂര്യന്റെ സ്പെക്ട്രത്തിന്റെ ഭാഗത്തേക്ക് പരിമിതപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നു, അതിന്റെ ഊർജ്ജം ആഗിരണം ചെയ്യുന്ന വസ്തുക്കളുടെ ബാൻഡ് വിടവിന് മുകളിലാണ്, കൂടാതെ താഴ്ന്ന ഊർജ്ജ ഫോട്ടോണുകൾ ഉപയോഗിക്കില്ല.

ഈ പരിമിതി മറികടക്കാനുള്ള ഒരു മാർഗ്ഗം, ഒരു വോൾട്ടേജ് സൃഷ്ടിക്കുന്നതിന് ഒന്നിലധികം ബാൻഡ് വിടവുകളും ഒന്നിലധികം ജംഗ്ഷനുകളുമുള്ള രണ്ട് (അല്ലെങ്കിൽ അതിലധികമോ) വ്യത്യസ്ത സെല്ലുകൾ ഉപയോഗിക്കുക എന്നതാണ്. ഇവയെ "മൾട്ടിജംഗ്ഷൻ" സെല്ലുകൾ ("കാസ്കേഡ്" അല്ലെങ്കിൽ "ടാൻഡം" സെല്ലുകൾ എന്നും വിളിക്കുന്നു) എന്ന് വിളിക്കുന്നു. മൾട്ടിജംഗ്ഷൻ ഉപകരണങ്ങൾക്ക് ഉയർന്ന മൊത്തം പരിവർത്തന കാര്യക്ഷമത കൈവരിക്കാൻ കഴിയും, കാരണം അവയ്ക്ക് പ്രകാശത്തിന്റെ കൂടുതൽ ഊർജ്ജ സ്പെക്ട്രത്തെ വൈദ്യുതിയാക്കി മാറ്റാൻ കഴിയും.

താഴെ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ബാൻഡ് ഗ്യാപ്പിന്റെ (ഉദാ) അവരോഹണ ക്രമത്തിലുള്ള വ്യക്തിഗത സിംഗിൾ-ജംഗ്ഷൻ സെല്ലുകളുടെ ഒരു കൂട്ടമാണ് മൾട്ടിജംഗ്ഷൻ ഉപകരണം. മുകളിലെ സെൽ ഉയർന്ന ഊർജ്ജമുള്ള ഫോട്ടോണുകളെ പിടിച്ചെടുക്കുകയും ബാക്കി ഫോട്ടോണുകളെ ലോവർ-ബാൻഡ്-ഗാപ്പ് കോശങ്ങളാൽ ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു.