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.