சோலார் செல். (DSSC) பகுதி 1

சோலார் செல்களில் DSSC என்ற வகை கடந்த சில வருடங்களில், ஆராய்ச்சி அளவில் அதிகம் பேசப்படுகிறது. DSSC என்பது Dye Sensitized Solar Cell என்பதன் சுருக்கம். Dye (டை) என்றால் சாயம் என்று பொருள். Sensitized என்பதற்கு இடத்திற்கு ஏற்ப பல பொருள்கள் இருக்கிறது. இந்த இடத்தில் என்ன பொருள்? எடுத்துக்காட்டாக, ”அவர் ரொம்ப சென்சிடிவ்” என்று சொன்னால் , “எளிதில் உணர்ச்சி வசப்படுவார்” அல்லது “தூண்டப்படுவார்” என்று சொல்லலாம். சோலார் செல்லில்?

DSSC (டீ.எஸ்.எஸ்.சி. ) வகை செல்களில் ‘டைடானியம் டைஆக்சைடு” என்ற ஒரு குறைகடத்தி பயன்படுகிறது. ஆனால், அதனால் சூரிய ஒளியை மின்சாரமாக மாற்றுவது முடியாது. அதில் சரியான சாயத்தை பூசினால், சாயம் சூரிய ஒளியை வாங்கி, எலக்ட்ரானை டைடானியம் டை ஆக்சைடுக்கு தரும். இந்த வகை செல்லின் அமைப்பு, வேலை செய்யும் விதம் இவற்றைப் பற்றி விவரமாக படிக்கும் போது, இது புரியும்.

இதற்கு ‘டீ. எஸ். சி.’ (DSC) என்றும், கிரேட்சல் செல் (Graetzel Cell) என்றும் வேறு பெயர்கள் உண்டு. DSC என்பதும் கூட “Dye Sentitized Cell" என்பதன் சுருக்கம்தான். நீளமாக “டீ.எஸ்.எஸ்.சி” என்று சொல்வதற்கு பதில், கொஞ்சம் சுருக்கமாக சொல்லலாம். இந்த வகை செல்களை முதலில் கண்டுபிடித்தவர் சுவிட்சர்லாந்தை சேர்ந்த மைக்கேல் கிரேட்சல் (Michael Graetzel) என்பவராவார். அதனால், இதற்கு ‘கிரேட்சல் செல்’ என்றும் பெயர்.

டீ.எஸ்.எஸ்.சி. அமைப்பு: கீழே இருக்கும் படத்தில் கொடுக்கப்பட்டுள்ளது.


இதில் பலவித பொருள்கள் இருக்கின்றன. மேலே, முதலில் ஒரு கண்ணாடி இருக்கிறது. இது சூரிய ஒளியை உள்ளே விடும், அதே சமயம் மின்சாரத்தையும் கடத்தும். அடுத்து, டைடானியம் ஆக்சைடு என்ற ஒரு குறைகடத்தி, சிறு துகள்களாக இருக்கிறது. அது, மேலே இருக்கும் கண்ணாடியில் ஒட்ட வைக்கப் பட்டு இருக்கும். இவை சில நூறு நேனோ மீட்டர் அளவு இருக்கும். இவை எல்லாமே ஒரே அளவில் இருப்பதில்லை, அதனால் இந்தப் படத்தில் வேறு வேறு அளவில் இருக்கும்படி வரையப் பட்டுள்ளது. (இவற்றை ஒரே அளவில் செய்ய அதிக செலவாகும், அப்படி செய்தாலும் நமக்கு வரும் மின்சாரம் மாறாது, அதனால் கலவையாகவே பயன்படுத்துகிறார்கள்). இவை உண்மையில் வெள்ளை நிறத்தில் இருக்கும் . அதே போல, ஒளி மற்றும் மின்சாரம் கடத்தும் கண்ணாடிகள் நிறமற்றவையாக இருக்கும். ஆனால் இங்கே தெளிவாகத் தெரிவதற்காக ஒவ்வொரு பொருளும் வெவ்வேறு வண்ணங்களில் கொடுக்கப் பட்டு இருக்கின்றன.

அடுத்து சிவப்பு வட்டங்கள் சாயத்தை குறிக்கும். இவை பார்ப்பதற்கு துணிக்கு போடும் சாயம் போல இருந்தாலும் சில குறிப்பிட்ட வகையச் சார்ந்தவை. இது தவிர, அயோடைடு வகை உப்பு இருக்கும். (இந்தப் படத்தில் பச்சை நிற வட்டங்கள்). இவை எல்லாமே தண்ணீரில் கரைந்து இருக்கும். கடைசியில் கீழே மின்சாரம் கடத்தும் கண்ணாடி இருக்கும்.

இந்தப் படத்தில் வண்ணங்களும் அளவுகளும் உண்மையில் சோலார் செல்லில் இருப்பது போல இல்லை. உண்மையில் உப்பு பச்சை நிறத்தில் இருக்காது. அதைப் போலவே, அயோடைடு உப்பு மற்றும் சாயம் இவற்றின் மூலக்கூறுகள் மிகச் சிறிய அளவில் , நேனோ மிட்டருக்கும் குறைவான அளவில் இருக்கும். டைடானியம் ஆக்சைடு சில நூறு நே.மீ. இருக்கும். கண்ணாடி பல மைக்ரான் தடிமன் (ஆயிரம் நே.மீ = 1 மைக்ரான்) இருக்கும். இரண்டு கண்ணாடிகளுக்கும் உள்ள இடைவெளி, பல மைக்ரான்கள் இருக்கும். இருந்தாலும், எளிதாகப் புரிய வைக்க படத்தில் வண்ணங்களும், எல்லா பொருள்களையும் ஏறக்குறைய ஒரே அளவிலும் கொடுத்திருக்கிறேன்.


பிற விவரங்கள்:
சிலிக்கன், காட்மியம் டெலுரைடு, சி.ஐ.ஜி.எஸ். போன்ற சோலார் செல்களுக்கும், DSC செல்களுக்கும் வித்தியாசங்கள் இருக்கின்றன. மற்ற எல்லா செல்களிலும் 'P-type' மற்றும் 'N-type' என்று இரண்டு வகை குறைகடத்திகள் இருக்கும். அவற்றில் ‘எலெக்ட்ரான்கள்’ மற்றும் ‘துளைகள் அல்லது holes' என்பவை மூலம் மின்சாரம் செல்லும்.

ஆனால் DSC செல்லில், ஒரே ஒரு குறைகடத்தி (TiO₂ டைடானியம் ஆக்சைடு) தான் இருக்கும். இதன் வழியாக எலக்ட்ரான் மட்டும்தான் செல்லும். இதில் துளைகள் (holes) கிடையாது.

அதைப் போலவே, இதில் திரவ நிலையில் பொருள் இருப்பதையும் பார்க்கலாம். DSC செல்களில் சில சமயம் ‘ஜெல்’ (Gel)போன்ற பொருள்களையும் விஞ்ஞானிகள் பயன்படுத்துகிறார்கள். ஆனால் பெரும்பாலும் DSC செல்களில் திரவ நிலையில்தான் சாயம் இருக்கும். மற்ற சோலார்செல்களில் எல்லாப் பொருள்களுமே திடநிலையில் இருக்கும்.

வரலாறு: இந்த செல் வேலை செய்யும் விதத்தைப் பார்த்தோம். கொஞ்சம் யோசித்தால், இதற்கும், செடிகளுக்கும் இருக்கும் ஒற்றுமை புரியும். மரம், செடி கொடிகள் எல்லாம், சூரிய ஒளியை வைத்து, பச்சயத்தின் (Chlorophyl) மூலம் கார்பன் டை ஆக்சைடை உணவாக மாற்றுகின்றன. இது எப்படி என்றால், பச்சயம் சூரிய ஒளியை விழுங்கி, கட்டற்ற (சுதந்திர) எலக்ட்ரான்களை உருவாக்கும். அந்த எலக்ட்ரான்களைக் கொண்டு வேதி வினைகள் நடக்கும்.

வேறு விதமாக சொன்னால், பச்சயம் சூரிய ஒளியை மின்சாரமாக்கும். பிறகு அந்த மின்சாரத்தைப் பயன்படுத்தி, மின் வேதிவினை (Electrochemical reaction) நடக்கும். இதைப்பற்றி யோசித்த கிரேட்சல், ‘நாமும் பச்சயம் போல ஒரு பொருளைப் பயன்படுத்தி மின்சாரம் தயாரிக்கலாமே’ என்று சொல்லி தொடங்கியதுதான் இந்த செல். இதில் வரும் மின்சாரத்தை மின்வேதி வினைக்கு பயன்படுத்தாமல், வெளியே பயன்பாட்டுக்கு எடுத்துச் செல்வது ஒன்றுதான் வித்தியாசம்.


இது எப்படி வேலை செய்கிறது என்பதை அடுத்த பதிவில் பார்க்கலாம்.