1. எரிமக் கலன் - அட்டவணை
  2. சிலிக்கன் சில்லு செய்முறை - அட்டவணை
  3. காற்றில் மாசு கட்டுப்படுத்துதல் அட்டவணை
  4. இயற்பியல் பதிவுகள் தொகுப்பு-1. அட்டவணை
  5. காலத்தின் வரலாறு - அட்டவணை
  6. சோலார் செல் அட்டவணை

Sunday, September 19, 2010

சோலார் செல் (சிலிக்கன்) பகுதி 1

அடுத்த சில பதிவுகளில் சிலிக்கன் சோலார் செல் பற்றி பார்க்கலாம். சிலிக்கன் சோலார் செல்லையே, மூன்று விதமாகப் பிரிக்கலாம். ஒன்று க்ரிஸ்டலைன் (Crystalline) சோலார் செல் அல்லது சீரான அணு அமைப்புகளைக் கொண்ட சிலிக்கனில் செய்யப் பட்ட சோலர் செல். (க்ரிஸ்டல் என்பதன் தமிழாக்கம் என்ன? தமிழில் பாடம் படித்து பல ஆண்டுகள் ஆனதால் மறந்து விட்டது). இதை ‘மோனோ க்ரிஸ்டலைன்” (Mono crystalline) சிலிக்கன் சோலார் செல் என்றும் சொல்வார்கள்.

இரண்டாவது ‘பாலி க்ரிஸ்டலைன்’ (Poly crystalline) சிலிக்கன் சோலார் செல். சுருக்கமாக பாலி சிலிக்கன் சோலார் செல். இதில் அணுக்கள் ஓரளவு சீரான அமைப்பில் இருக்கும். மூன்றாவது வகை ‘அமார்ஃபஸ்’ (amorphous) சிலிக்கன் என்பது. இதில் அணுக்கள் சீரான வரிசையில் இருக்காது.

படம். 1. க்ரிஸ்டல் என்பதில் அணுக்கள் சீராக இருக்கும்.



இந்த மூன்று வகைக்கும் பொதுவாக, சிலிக்கன் சோலார் செல் பற்றி சில வார்த்தைகள்:

சிலிக்கன் என்பது மணலில் இருந்து தயாரிக்கப் படுவது. மணல் விலை குறைவு என்றாலும், மணலை உருக்கி பல வேதிவினைகளை செய்து தயாரிக்க வேண்டும் என்பதால், சிலிக்கனின் விலை மிக அதிகம். சோலார் செல் அல்லது சிலிக்கன் சில்லு தயாரிக்க மிகவும் தூய்மையான சிலிக்கன் தேவை. எப்படி அழுக்கு தண்ணீர் அல்லது கடல் நீரை, குடிநீராக்க நிறைய செலவு ஆகுமோ, அதைப்போல, அதைவிட பன்மடங்கு அதிகமாக, சிலிக்கனை தூய்மையாக்க செலவு ஆகும்.


ஒரு ’பெண்டியம் சிப்’ அல்லது ஒரு செல்போன் சிப் செய்ய சிறிய அளவு சிலிக்கன் போதும். இதன் எடை ஒரு ஐம்பது பைசாவின் எடை, அல்லது அதை விடக் குறைவாகத்தான் இருக்கும். ஆனால், இதன் திறன் அதிகம், இதை வைத்து கம்ப்யூட்டரும், செல்போனும் வேலை செய்யும். ஏனென்றால், ஒரு வீட்டிற்கு 4 பேர், ஆளுக்கு ஒரு செல்போன, ஒரு கம்ப்யூட்டர் என்று அதிகபட்சமாக வைத்தால் கூட, கைப்பிடி மணல்தான் வேண்டும். இதை தூய்மை செய்து சிலிக்கன் சில்லு செய்ய சில ஆயிரம் ஆனாலும், பரவாயில்லை.


ஆனால் இந்த அளவு சிலிக்கனை வைத்து சோலார் செல் செய்தால், மிகக்குறைந்த அளவே மின்சாரம் கிடைக்கும். அதை வைத்துக்கொண்டு, ஒரு கால்குலேட்டரைத்தான் ஓட்ட முடியும். நாலு பேர் இருக்கும் ஒரு வீட்டிற்கு தேவையான மின்சாரம் வேண்டும் என்றால் ஒன்று அல்லது இரண்டு மூட்டை மணல் வேண்டும். இதை தூய்மை செய்ய லட்சக்கணக்கில் செலவு ஆகும். அதனால்தான் சோலார் செல் விலை அதிகமாக இருக்கிறது.


ஒவ்வொரு வகை சோலார் செல்லிலும், “இதை செய்ய எவ்வளவு செலவாகும்?” , அடுத்து, “இதிலிருந்து எவ்வளவு மின்சாரம் எடுக்க முடியும்?” மற்றும் “இதை பெரிய அளவில் செய்ய முடியுமா?” என்று சில கேள்விகளுக்கு பதில் தேட வேண்டும். எந்த செல்லை குறைந்த செலவில் , பெரிய அளவில் செய்ய முடியுமோ அது வியாபாரத்திற்கு வரும். மற்றவை, ஆராய்ச்சி நிலையிலேயே இருக்கும். மூலப்பொருளின் விலையும், தயாரிக்கும் செலவும் குறைந்தால், அது மார்க்கெட்டுக்கு வரும்.

சிலிக்கனில் மூலப்பொருளான மணல் விலை குறைவு. தயாரிக்கும் செலவு அதிகம். மணல் அதிக அளவில் இருப்பதால், “எல்லோரும் சோலார் செல் வாங்கினால் உலகத்தில் போதுமான அளவு சிலிக்கன் கிடைக்குமா?” என்ற கவலை இல்லை.


முதலில் ‘க்ரிஸ்டலைன்’ அல்லது மோனோ க்ரிஸ்டலைன் சிலிக்கன் சோலார் செல் பற்றி பார்க்கலாம். மணல் என்பது சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு என்ற பொருளுடன் பல வித ‘அழுக்களும்’ சேர்ந்தது. இரும்பு, அலுமினியம், சோடியம், என்று பல பொருள்களும் சேர்ந்து இருக்கும். மணலை எடுத்து, தூய்மை செய்து, உருக்கி, வேதிவினை மூலம் ஆக்சிஜனை நீக்கி, சிலிக்கன் என்ற பொருள் தயாரிக்கப் படுகிறது. திடப்பொருள்களில், அணுக்கள் ஒரே சீராக இருந்தால் அது ‘சிங்கிள் க்ரிஸ்டல்’ (Single Crystal) அல்லது மோனோ க்ரிஸ்டல் என்று சொல்லப் படும். ”சிறிது தூரம் சீராக இருக்கும், பிறகு மாறிவிடும்” என்ற வகையில் இருந்தால், ‘பாலி க்ரிஸ்டல்’ என்று சொல்லப் படும், ‘அணுக்கள் ஒழுங்காக வரிசையில் இல்லாமல் கோணல் மாணலாக இருக்கும்” என்றால் ‘அமார்ஃபஸ்’ என்று சொல்லப் படும். சிங்கிள் க்ரிஸ்டல் சிலிக்கன் தயாரிக்கும் செலவு அதிகம், பாலி க்ரிஸ்டல் மற்றும் அமார்ஃபஸின் விலை கொஞ்சம் குறைவு.

இப்படி நல்ல முறையில் தயாரிக்கப் பட்ட சிங்கிள் க்ரிஸ்டல் சிலிக்கனை எடுத்து, அதில் ஒரு குறிப்பிட்ட அளவு (மிகக் குறைந்தஅளவு)பாஸ்பரஸ் என்ற தனிமத்தை சேர்த்தால், அது ‘நெகடிவ்’ (Negative or N type) என்று சொல்லப்படும். இதற்கு பதில் போரான் (Boron) என்ற தனிமத்தை சேர்த்தால், அது positive அல்லது p type என்று சொல்லப்படும். இவற்றை ‘அயனி பதித்தல்’ என்ற ஒரு முறையில் சேர்க்கலாம். இப்படி சிலிக்கனை எடுத்து, தேவையான அளவு, தேவையான ஆழத்தில் பாஸ்பரஸ் மற்றும் போரான் அணுக்களை சேர்த்தால், கீழே இருக்கும் அமைப்பில் சோலார் செல் வரும்.


படம் 2. சிலிக்கன் சோலார் செல் அமைப்பு


இதில் மேல்பரப்பில், முக்கோணப் பட்டைகள் போன்ற அமைப்பு இருக்கும். சாதாரணமாக, நமது வண்டிகளில், பின்புறத்தில், ரிஃப்ளக்டர் (Reflector) என்ற ஒன்று பொருள் இருக்கும். இரவில், அதன்மேல் வெளிச்சம் பட்டால், அது ஒளியை பிரதிபலிக்கும். இதிலும் முக்கோணப் பட்டைகள் இருக்கும். சோலார் செல்லில் இருக்கும் இந்தப் பொருள், சிலிக்கனில் இருந்து ஒளி வெளியே செல்லாமல், உள்ளேயே இருக்கும்படி செய்யும். வெளியில் இருந்து வரும் சூரிய ஒளியை சுலபமாக விட்டு விடும்.

N-வகை சிலிக்கனிலும், P-வகை சிலிக்கனிலும், மின்சாரம் கடத்தும்கம்பிகள் இணைக்கப் பட்டு இருப்பதையும் பார்க்கலாம். சாதாரணமாக நெகடிவ் பகுதியில் எலக்ட்ரான்கள் அதிகமாக இருக்கும். பாஸிடிவ் பகுதியில் எலக்ட்ரான்கள் குறைவாக இருக்கும். எலக்ட்ரான் இல்லாத இடத்தை ‘துளைகள்’ அல்லது ‘holes’ என்றும் சொல்லலாம். பாஸிடிவ் பகுதியில் துளைகள் (holes) அதிகமாக இருக்கும். நெகடிவ் சிலிக்கனுடன் பாசிடிவ் சிலிக்கனை வைத்தால், கொஞ்சம் எலக்ட்ரான்கள் நெகடிவ் பகுதியில் இருந்து பாசிடிவ் பகுதிக்கு வந்து துளைகளை நிரப்பிவிடும்.

சூரிய ஒளி சோலார் செல் மீது விழும்போது, அது சிலிக்கனால் உறிஞ்சப்படும். அதன் ஆற்றல், சிலிக்கனின் எலக்ட்ரான்களுக்கு போகும். சாதாரண எலக்ட்ரானகள், ஆற்றல் அதிகமானதும், சுதந்திர எலக்ட்ரானாக (கட்டுறா எலக்ட்ரான்) வெளிவரும். இப்போது இது மின்சாரமாக பயன்படும்.

சிலிக்கன் சோலார் செல்லில் என்ன குறை? இது தயாரிக்க காசு அதிகம் செலவாகும். சோலார் செல் செய்ய, அதிக சிலிக்கன் செலவாகும். ஏனென்றால், சூரிய ஒளியை விழுங்கும் திறன் சிலிக்கனுக்கு குறைவு. நம் ஊரில் வரும் ஒளியை ‘முடிந்தவரை’ மின்சாரம் ஆக்க வேண்டும் என்றால், 100 அல்லது 150 மைக்ரான் சிலிக்கன் தேவைப்படும். இதே சி.ஐ.ஜி.எஸ். படலம் என்றால் ஓரிரண்டு மைக்ரான் போதும்.

இது தவிர, சி.ஐ.ஜி.எஸ். போன்ற படலங்களை, கண்ணாடி மேல் படியவைக்கலாம். எவ்வளவு தேவையோ அவ்வளவு தடிமன் (1 அல்லது 2 மைக்ரான்) படிய வைத்தால் போதும். சிலிக்கனை இப்படி படிய வைப்பது மிகக் கடினம். இன்னமும்அதிக செலவு ஆகும். தற்போது எப்படி சிலிக்கனைத் தயாரிக்கிறார்கள்? ஒரு சிலிண்டர் (உருளை) போல சிலிக்கன் செய்து, வைர ரம்பம் (diamond saw) வைத்து சீவி, தகடு போல எடுத்து சோலார் செல் செய்கிறார்கள் (சிப்ஸ் கடையில், கொதிக்கும் எண்ணையில், வாழைக்காய் வறுவலுக்கு சீவுவது போல). அப்போதுதான் சிங்கிள் க்ரிஸ்டலில் செய்ய முடிகிறது. இப்படி சீவும்போது, 100 அல்லது 200 மைக்ரான் தடிமனில் சீவினால், அது எளிதில் உடைந்து நொறுங்குகிறது. அதனால் 500 மைக்ரான் தடிமனில் (அல்லது கொஞ்சம் அதிக தடிமனில்) சீவுகிறார்கள். இதனால் தேவைக்கு அதிகமாகவே சிலிக்கன் விரய்மாகிறது.
படம் 3. சிலிக்கன் வேபர்



சிலிக்கன் சோலார் செல்லில் என்ன நிறைகள்? இதைத் தயாரிக்கும் தொழில் நுட்பம், பல ஆண்டுகளாக இருக்கிறது. ஒரே மாதிரி திறன் கொண்ட செல்களை, ஒரே தரத்தில், லட்சக் கணக்கில் செய்வது முடியும். இப்போதைக்கு இருக்கும் சோலார் செல்களில் சிலிக்கன் செல்தான் அதிக்பட்சம் சூரிய ஒளியை மின்சாரமாக்குகிறது. மற்ற வகை செல்கள் (குறிப்பாக காட்மியம் டெலுரைடு, சி.ஐ.ஜி.எஸ். இரண்டும்) இதைப் போலவே, அல்லது இதைவிட அதிகம் மாற்ற முடியும் என்று விஞ்ஞானிகள் கணக்கில் சொன்னாலும், வியாபார ரீதியில் அதிக அளவில் தயாரிக்கும் போது, மற்ற வகை சோலார் செல்களை லட்சக் கணக்கில், ஒரே தரத்தில், நல்ல தரத்தில் செய்யும் தொழில்நுட்பம் இன்னமும் வரவில்லை.

இது தவிர, சிலிக்கன் சோலார் செல்கள் 20 அல்லது 25 வருடம் பிரச்சனை இல்லாமல் வேலை செய்யும். சி.ஐ.ஜி.எஸ். மற்றும் பிற வகை சோலார் செல்கள் எல்லாம், இந்த் அளவு வேலை செய்யுமா என்று தெரியாது.

சுருக்கமாகச் சொன்னால், ‘இதுநாள் வரையும், இப்போதைக்கும், சோலார் செல்லில், சிலிக்கன் முதலிடத்தில் இருக்கிறது. ஆனால் மற்ற பொருள்கள் இதைப்போலவே திறமையாக, இன்னமும் குறைந்த செலவில் சீக்கிரமே வந்துவிடும்” என்பது விஞ்ஞானிகளின் கணிப்பு.

Saturday, September 11, 2010

சோலார் செல் (C.I.G.S.)பகுதி 2

சோலார் செல்லில் சி.ஐ.ஜி.எஸ். என்று ஒரு வகை இருப்பதை இதற்கு முந்திய பதிவில் பார்த்தோம். இதை ஏன் நான்கு தனிமங்களை சேர்த்து செய்ய வேண்டும்? இந்த செல்லை உருவாக்குவது எப்படி? என்பது பற்றி இந்தப் பதிவில் பார்க்கலாம்.


சோலார் செல் செய்ய குறை-கடத்தி வேண்டும். ஏனென்றால், சூரியனில் இருந்து வரும் ஒளியை உறிஞ்சி மின்சாரமாக மாற்ற வேண்டும் என்றால், அதற்கு சரியான அளவு ’ஆற்றலை ஏற்கும்’ திறன் வேண்டும். இதை ஆங்கிலத்தில் band gap (ஆற்றல் பட்டை இடைவெளி?) என்று சொல்வார்கள். குறைகடத்திகளுக்கு, சூரிய ஒளியை விழுங்கி, சாதாரண எலக்ட்ரான்களை , கட்டற்ற/சுதந்திர எலக்ட்ரானாக மாற்றும் வகையில் band gap அமைந்திருக்கிறது. இப்படி எலக்ட்ரான் மாறினால், அதை மின்சாரமாகப் பயன்படுத்த முடியும்.

சரி, அப்படி என்றால், மற்ற குறைகடத்திகளை வைத்து சோலார் செல்களை செய்யலாமா? தாராளமாக செய்யலாம். சிலிக்கன், ஜெர்மேனியம் என்று சில தனிமங்கள் குறைகடத்திகளாக இருக்கின்றன. இவற்றில் சிலிக்கன் என்பது, நாம் பயன்படுத்தும் எலக்ட்ரானிக் சாதனங்களில் இருக்கும் ‘சிப்’ செய்ய வசதியாக இருக்கிறது. இதை வைத்தே சோலார் செல்லும் செய்யலாம். ஆனால் அதன் விலை அதிகமாகிறது.

இவை தவிர வேறு வகை குறைகடத்திகளும் உண்டு. அவற்றில் இரண்டு அல்லது மூன்று அல்லது நான்கு தனிமங்கள் சேர்ந்து இருக்கும். காலியம் ஆர்சனைடு (Gallium Arsenide) என்பது ஒரு குறைகடத்தி. இதில் காலியம் மற்றும் ஆர்சனிக் என்ற இரண்டு தனிமங்கள் உண்டு. காட்மியம் டெலுரைடு, காட்மியம் சல்பைடு ஆகியவையும் குறைகடத்திகள் தான். இவற்றைப் பற்றி விரிவாக பின்வரும் பதிவுகளில் பார்க்கலாம்.

இதைப் போலவே, காப்பர்-இண்டியம்-செலனைடு (Copper Indium Selenide) எனபதும் ஒரு குறைகடத்தி. இதில் தாமிரம் (காப்பர்), இண்டியம், செலனியம் ஆகிய மூன்று தனிமங்கள் இருக்கின்றன. இதை வைத்தே கூட சோலார் செல் செய்யலாம். இதனுடன் காலியம் என்ற தனிமத்தையும் சேர்த்தால், அப்படி வரும் சோலார் செல்லில் சில நன்மைகள் இருக்கின்றன. அதனால், நான்கு தனிமங்களையும் சேர்த்து சோலார் செல் செய்கிறார்கள்.

காலியம் சேர்க்கும்போது, இந்த சோலர்செல்லின் ஆற்றல் இடைவெளி (band gap) அதிகமாகிறது. அதனால், வெளிவரும் மின்சாரத்தின் மின்னழுத்தம் (voltage) அதிகமாகிறது. இது தவிர, உலகில் இண்டியம் என்ற தனிமம் அதிக அளவில் இல்லை, அதனால், முடிந்தவரை இண்டியத்தின் அளவைக் குறைத்து, காலியத்தின் அளவை அதிகரிக்க வைத்தால், நிறைய செல்கள் தயாரிக்க முடியும் என்ற நோக்கத்திலும் காலியம் சேர்க்கப்படுகிறது.

சிலிக்கன் சோலார் செல்லைக் காட்டிலும், இந்த வகை செல்களின் விலை குறைவு. இதன் மூலப்பொருள்களின் விலை குறைவு. தயாரிக்கும் செலவும் குறைவு; இதை மேலும் குறைக்கவும் ஆராய்ச்சி நடந்துகொண்டு இருக்கிறது. இந்த செல்களின் பயன் விகிதம் (அதாவது சூரிய ஒளியை மின்சாரமாக்கும் திறன்) 13% தான் இருக்கிறது. சிலிக்கனில் 24% வரை மின்சாரமாக்க முடிகிறது. ஆனால், சி.ஐ.ஜி.எஸ்.இன் விலை சிலிக்கன் சோலார் செல்லை விட மிகக் குறைவாக இருப்பதால்,
’ஒரு யூனிட் மின்சாரம் எடுக்க எவ்வளவு செலவு?” என்ற வகையில் பார்த்தால், சி.ஐ.ஜி.எஸ். சோலார் செல்தான் குறைந்த செலவில் தரும்.


இந்த செல்லை எப்படி தயாரிக்கிறார்கள்?

ஒரு மின்சாரம் கடத்தக்கூடிய கண்ணாடியை எடுத்துக் கொண்டு, அதில் அரை மைக்ரான் (0.0005 மி.மீ) தடிமனுக்கு, மாலிப்டினம் உலோகத்தைப் படிய வைக்க வேண்டும். இதற்கு ஆவி நிலைப் படிய வைத்தல் அல்லது Physical Vapor Deposition என்ற ஒரு முறையைப் பயன்படுத்துகிறார்கள்.

அதன் மேல், தாமிரம், இண்டியம், காலியம் மற்றும் செலனியம் இந்த நான்கு தனிமங்களையும் சுமார் 1 அல்லது 2 மைக்ரான் தடிமனில் படிய வைக்க வேண்டும். இந்த அளவு தடிமனிலேயே, அத்தனை ஒளியையும் ‘விழுங்கி’ விடும் திறன் சி.ஐ.ஜி.எஸ். படலத்திற்கு உண்டு. சிலிக்கன் போன்ற பொருள்கள், 100 மைக்ரான் அல்லது அதற்கு அதிக தடிமனில் இருந்தால்தான் சூரிய ஒளியை நல்லபடி மின்சாரமாக்க முடியும். சி.ஐ.ஜி.எஸ்.ஐப் பொறுத்த வரை ‘குறைந்த தடிமனிலேயே, குறைந்த அளவு பொருள் கொண்டே வேலையை முடித்து விட முடியும்’ என்பது ஒரு நிறைதான்.

இப்படி பொருள்களைப் படிய வைக்க எந்த முறையைக் கையாளலாம்? தாமிரம், இண்டியம் மற்றும் காலியம் இவை மூன்றும் ‘ஆவி நிலை படிய வைத்தல்’ முறையில் சேர்த்து விடலாம். இந்த மூன்று தனிமங்களையும், எல்லா இடத்திலும் ஒரே அளவு படிய வைப்பது (uniform deposition) கடினமானது. ஏக்கர் கணக்கில் சோலார்செல் வைத்து மின்சாரம் தயாரிக்க வேண்டும் என்றால், எல்லா செல்லும் நன்றாக வேலை செய்ய வேண்டும் இல்லையா? ஒவ்வொரு செல்லும் ஒரு மாதிரி வேலை செய்தால், நிறைய இழப்பு ஏற்படும். இதனால், எல்லா இடங்களிலும் சரிசமமாக பொருள்களைப் படிய வைக்க வேண்டும்.

மூன்றையும் படிய வைத்த பின் என்ன செய்வது? இதன் மேல், செலனியம் சேர்க்க , ‘ஹைட்ரஜன் செலனைடு’ என்ற வாயுவை செலுத்தினால், வேதிவினை நடந்து, செலனியம் சேர்ந்துவிடும். ஆனால், ‘ஹைட்ரஜன் செலனைடு’ ஆபத்தான வாயுவாகும். இது அதிக நச்சுத்தன்மை கொண்டது. கொஞ்சம் சுவாசித்தாலே இறந்துவிடுவோம். தவிரவும், இது தீப்பிடித்து எரியவும் செய்யும். ”இந்த வினையே வேண்டாம், ஹைட்ரஜன் செலனைடு இல்லாமல், வேறுவிதத்தில் இதை செய்ய முடியுமா?” என்ற கோணத்தில் ஆராய்ச்சி நடக்கிறது. ‘ஆவிநிலைப் படியவைத்தல்’ முறையில் இருக்கும் செலவை விட குறந்த செலவில், ‘மின்வேதியியல்’ என்ற electrochemical முறையிலும், screen printing என்ற இன்னொரு முறையிலும் சி.ஐ.ஜி.எஸ். செல்களை செய்ய ஆராய்ச்சி நடக்கிறது.

இதன் மேல், காட்மியல் சல்பைடு என்ற படலம் தேவைப்படுகிறது. அது, மற்ற படலங்களைக் காட்டிலும் எளிதாக செய்ய முடிகிறது. ஒரு தொட்டியில் வெந்நீரை எடுத்து, அதில், காட்மியம் சல்பைடு, அம்மோனியா, தயோ யூரியா என்ற மூன்று பொருள்களை சரியான விகிதத்தில் கலந்து வைத்தால், 10 நிமிடங்களில் காட்மியம் சல்பைடு படிந்து விடும். அது, தொட்டியின் சுவர்களிலும், கூட படிந்து விடும். இது மஞ்சள் நிறத்தில் இருக்கும். சி.ஐ.ஜி.எஸ். மேல் இதைப் படிய வைத்து, பின்னர் 200 அல்லது 300 செண்டிகிரேடு வெப்பநிலையில் கொஞ்ச நேரம் வைத்தால், (annealing) காட்மியம் சல்பைடு நல்ல் தரத்தில் இருக்கும்.

அதன் மேல், மின்சாரம் மற்றும் ஒளி கடத்தக் கூடிய கண்ணாடியைப் படிய வைக்க வேண்டும். இதற்கு அலுமினியம் கலந்த துத்தநாக ஆக்சைடு (aluminum doped Zinc oxide) படலத்தை, ‘ஆவிநிலைப் படியவைத்தல்’ மூலம் சேர்க்கலாம்.

இந்த செல்லில் என்ன குறை என்றால், எல்லா சமயங்களிலும், ஒரே தரமான செல் தயாரிப்பது கடினமாக இருக்கிறது. தாமிரம், இண்டியம், காலியம், செலனியம் இவை நான்கையும் சரியான அளவில், நன்கு கலந்த விதமாக படிய வைப்பது மிகவும் சிக்கலான விஷயம். தடிமன் மாறினாலோ, அல்லது, கலவையில் அளவு மாறினாலோ, செல்லின் தன்மை மாறிவிடுகிறது. இதனால் இதில் வரும் மின்சாரத்தின் அளவு, மின்னழுத்தம் ஆகியவை கொஞ்சம் முன்னே பின்னே வருகிறது. இதை சரியாக, பெருமளவில் செய்ய முடிந்தால், வர்த்தக ரீதியில் இந்த செல் அதிக அளவு வர வாய்ப்பு உண்டு.

Friday, September 3, 2010

சோலார் செல் (C.I.G.S.) பகுதி 1

இந்தப் பதிவில், சி.ஐ.ஜி.எஸ். (CIGS) என்று சொல்லப்படும் சோலார் செல் பற்றி பார்க்கலாம்.

முதலில், சி.ஐ.ஜி.எஸ். என்றால் என்ன? இது வகை சோலர் செல்லில், தாமிரம், இண்டியம், காலியம், செலனைடு என்ற நான்கு வகை தனிமங்கள் சேர்ந்து இருக்கும். ஆங்கிலத்தில் Copper-Indium-Gallium-Selenide என்று எழுதும்போது, இந்த நான்கு தனிமங்களின் முதல் எழுத்துக்களை சேர்த்து C-I-G-S என்று சுருக்கமாக சொல்கிறார்கள்.

இந்த வகை செல்கள் பார்க்க எப்படி இருக்கும்? எப்படி வேலை செய்கிறது? இப்போது நிறுவனங்கள் விற்கின்றனவா? இவற்றின் நிறை/குறை (advantage and disadvantage) என்ன? இந்தக் கேள்விகளுக்கு பதில்களைப் பார்க்கலாம்.


மற்ற சோலார் செல்களைப் போல இல்லாமல், இந்த சி.ஐ.ஜி.எஸ். சோலார் செல்கள் எப்போதும் நல்ல கறுப்பு நிறத்தில் இருக்கும். கீழே இருக்கும் படத்தில் சி.ஐ.ஜி.எஸ். சோலார் பேனல் புகைப்படம் இருக்கிறது. இது ஹோண்டா நிறுவனம் செய்தது. (கார் விற்கும் அதே ஹோண்டா தான். இங்கே டாடா நிறுவனம் காரும் செய்கிறது, செல்போன் வியாபாரத்திலும் இருப்பது போல, ஜப்பானில் ஹோண்டா நிறுவனமும், பல வித வியாபாரங்கள் செய்கிறது).



படம் 1. சி.ஐ.ஜி.எஸ். சோலார் செல்




மற்ற வகை சோலார் செல்கள், நீலம், அல்லது கருஞ்சிவப்பு போன்ற நிறங்களில் இருக்கும். சில சமயங்களில் கறுப்பாகவும் இருக்கலாம். கீழே சில எடுத்துக் காட்டுகள் கொடுக்கப்பட்டு இருக்கிறது.

இந்தப் பதிவுகளில் பெரும்பாலான படங்கள் வெளி தளங்களில் இருந்து (அனுமதி இன்றி) கொடுக்கப்பட்டுள்ளன. தெரிந்து செய்யும் தவறுகளில் இதுவும் ஒன்று.

படம் 2. அமார்ஃபஸ் சிலிக்கன் சோலார் செல் மரக்கலர்





படம் 3. க்ரிஸ்டலைன் சிலிக்கன் சோலார் செல் நீல நிறம்





படம் 4. காட்மியம் டெலுரைடு சோலார் செல் மரக் கலர் (பழுப்பு நிறம்?)





ப்டம் 5. சாயம் பூசப்பட்ட சோலார் செல் (Dye sensitized solar cell) சிவப்பு நிறம்






இந்த சி.ஐ.ஜி.எஸ். வகை சோலார் செல்களை இப்போது Dow Solar (டௌ சோலார்), நேனோ சோலார், மியாசோல், அசெண்ட் சோலார், சோலிண்ட்ரா, குளோபல் சோலார், க்யூ செல்ஸ் என்று உலகில் பல நிறுவனங்கள் விற்கின்றன . சி.ஐ.ஜி.எஸ். செல்களை, இந்தியாவில் யாராவது தயாரிக்கிறார்களா என்று தெரியவில்லை.

இந்த செல்லின் அமைப்பு, கீழே இருக்கும் படத்தில் கொடுக்கப்பட்டு இருக்கிறது. இதில் சி.ஐ.ஜி.எஸ். என்ற ஒரு படலம் (thin layer) இருப்பதை கவனிக்கவும். இதற்கு மேலே CdS என்ற காட்மியம் சல்பைடு என்ற ஒரு படலமும் இருக்கிறது.





சி.ஐ.ஜி.எஸ். படலத்திற்கு கீழே மாலிப்டினம் (Molybdinum) என்ற ஒரு படலமும், அதன் கீழே கண்ணாடியும் இருக்கிறது.

அதைப் போலவே, காட்மியம் சல்பைடுக்கு மேலே ஒரு கண்ணாடி போன்ற படலமும், இருக்கிறது. இங்கே ஒவ்வொரு படலத்தையும் தெளிவாகக் காட்ட, வெவ்வேறு வண்ணத்தில்
வரைந்திருக்கிறேன். உண்மையில், சி.ஐ.ஜி.எஸ். படலம் கறுப்பாக இருக்கும். காட்மியம் சல்பைடு மஞ்சள் நிறத்தில் இருக்கும். மற்ற படலங்கள் எல்லாம், நிறமற்றதாக, சாதாரண கண்ணாடி போலத்தான் இருக்கும்.


இப்படி பல விதமான பொருள்கள் இருந்தாலும், இந்த செல்லை சி.ஐ.ஜி.எஸ். என்று சொல்வதற்கு காரணம், இந்த சி.ஐ.ஜி.எஸ். படலம்தான் ஒளியை உறிஞ்சி, மின்சாரமாக (அதாவது எலக்ட்ரான் என்ற மின்னணுவாக) மாற்றுவது.

இப்படி ஒளியை உறிஞ்சியதும், சி.ஐ.ஜி.எஸ். இல் இருக்கும் எலக்ட்ரானின் ஆற்றல் அதிகமாகி, அது free electron என்ற கட்டுறா எலக்ட்ரான் ஆகிவிடும். இப்போது அது சுதந்திரமாக ஓட முடியும். காட்மியம் சல்பைடு ப்டலத்திற்கு சென்று விடும்.


இந்த செல்லில், மற்ற படலங்களின் வேலை என்ன?

எலக்ட்ரான்/ மின்னணு வந்ததும், அதை ஒரு மின்கடத்தி மூலம் வெளியே கொண்டு வந்தால்தான் மின்சாரத்தை பயன்படுத்த முடியும். அதனால், காட்மியம் சல்பைடுக்கு மேல் மின்சாரத்தைக் கடத்தும் கண்ணாடி இருக்கிறது. இந்தக் கண்ணாடி வழியாகத்தான் சூரிய ஒளியும் விழும், அதனால் இது மின்சாரத்தையும் ஒளியையும் கடத்தும் கண்ணாடி.

சாதாரணக் கண்ணாடி ஒளியை மட்டும் விடும், மின்சாரத்தைக் கடத்தாது. ஆனால் ஒளி மற்றும் மின்சாரத்தைக்க் கடத்தும் கண்ணாடிகள் உண்டு, அதைத்தான் இந்த சோலார் செல்லில் பயன்படுத்துகிறோம்.

சி.ஐ.ஜி.எஸ். படலத்தின் கீழேயும்,மின்சாரத்தைக் கடத்தும் கண்ணாடி இருக்கிறது. இந்தக் கண்ணாடிக்கு பதிலாக, அலுமினியம் அல்லது தாமிரம் அல்லது இரும்பு போல எதை வேண்டுமானாலும் பயன்படுத்தலாம். இப்படி பயன்படுத்தும்போது, சிறிய அளவு மாலிப்டினம் என்ற ஒரு உலோகத்தை பயன்படுத்தி ‘கோந்து போல’ ஒட்டினால், நல்ல பலன் கிடைக்கிறது. இந்த மாலிப்டினம் என்ற உலோகம் நன்றாக மின்சாரம் கடத்தும். அதே சமயம், சி.ஐ.ஜி.எஸ்.க்கு எந்த பாதிப்பும் இருக்காது. வெறும் தாமிரத் தகட்டின் மேலே சி.ஐ.ஜி.எஸ். படிய வைத்தால், சில நாட்களில், தாமிர அணுக்கள் இந்த சி.ஐ.ஜி.எஸ். படலத்திற்குள் ஊடுருவி சென்று விடும். அதன் பின், சூரியஒளியை மின்சாரமாக்கும் திறன் அடிபடும். செல் சரியாக வேலை செய்யாது. அலுமினியம் தகட்டை பயன்படுத்தினால், இந்தப் பிரச்சனை இல்லை. ஆனால், சோலார் செல்லில் வரும் மின்னணு, அலுமினியத்திற்கு வரும் இடத்தில் மின் தடை அதிகமாகிறது (இதற்கு மேல் எப்படி சொல்வது என்று தெரியவில்லை. Low Resistance Contact வருவதில்லை). நடுவில் புரோக்கர் வேலை செய்ய மாலிப்டினம் வைத்தால், சரியாக வேலை செய்கிறது.

மேலிருக்கும் காட்மியம் சல்பைடு என்பது ஒரு குறைகடத்தி. சி.ஐ.ஜி.எஸ்.இல் ஒளி பட்டதும் வெளி வரும் எலக்ட்ரான் காட்மியம் சல்பைடில் சென்று வெளிவந்து, நாம் பயன்படுத்திய பிறகு சி.ஐ.ஜி.எஸ்.இல் முடியும். ஒரு பேட்டரியில் பாஸிடிவ், நெகடிவ் என்று இரண்டு முனைகள் இருப்பது போல, இங்கும் எலக்ட்ரான் கொடுக்க மற்றும் வாங்க இரு படலங்கள் தேவை. நமக்கு வெளியில் எலக்ட்ரான் கொடுப்பது காட்மியம் சல்பைடு, எலக்ட்ரான் வாங்கிக் கொள்வது சி.ஐ.ஜி.எஸ்.


இந்த செல்லை உருவாக்குவது எப்படி?

எதற்காக நான்கு வித தனிமங்கள் இதில் இருக்க வேண்டும்? சிலிக்கன் சோலார் செல்லில், ஒரே ஒரு தனிமம் தானே இருக்கிறது. இப்படி நான்கு தனிமங்கள் வைத்து தயாரிப்பது சிக்கலான விஷயம் இல்லையா? இவ்வளவு கஷ்டப்படுவதில் என்ன பலன்? இவற்றை அடுத்த பதிவில் பார்க்கலாம்.