சோலார் செல் (DSSC) பகுதி 2

DSSC அல்லது DSC என்ற வகை சோலார் செல்லின் அமைப்பை முந்திய பதிவில் பார்த்தோம். இது வேலை செய்யும் விதத்தை இந்தப் பதிவில் பார்க்கலாம். இதன் வடிவமைப்பின் படி, மின்சாரத்தை கடத்தும் கண்ணாடி வழியாக சூரிய ஒளி செல்லும். அடுத்து டைடானியா என்று சொல்லப்படும் டைடானியம் ஆக்சைடு வழியாக ஒளி செல்லும் (டைடானியம் ஆக்சைடு வெள்ளை நிறத்தில் இருக்கும்). சிறு துகள்களாக இருக்கும் டைடானியம் ஆக்சைடு வழியாக ஒளி செல்லும்போது கொஞ்சம் சிதறடிக்கப் பட்டாலும், பெரும்பாலும் உள்ளே சென்று விடும்.

உள்ளே, Dye அல்லது சாயம் தண்ணீரில் கரைந்து இருக்கும். சாயத்தின் மூலக்கூறுகள் கொஞ்சமாக டைடானியம் ஆக்சைடு மேல் ஒட்டியும் இருக்கும். இதை ஆங்கிலத்தில் ADSORPTION என்று சொல்வார்கள். ருதீனியம் பாலி பிரிடைடு (Ruthenium Poly pyridide) என்ற வேதிப்பொருள் சாயமாகப் பயன்படுகிறது, ஆனால் வேறு சில சாயங்களும் பயன்படுத்தலாம். ருதீனியம் என்பது தங்கத்தை விட விலை உயர்ந்த தனிமம், ஆனால் சோலார் செல் செய்ய இது மிகக் குறைந்த அளவே தேவைபடும். ருதீனியம் பாலி பிரிடைடுக்கு பதில் வேறு சாயங்கள் பயன்படுத்தினால், மின்சாரம் குறைந்த அளவில் தான் கிடைக்கிறது, அதனால் இன்னமும் ” விலை குறைவாக ஆனால் நல்ல திறன் உள்ள வேறு சாயம் கிடைக்குமா” என்ற கோணத்தில் ஆராய்ச்சி தொடர்ந்துகொண்டு இருக்கிறது.



இந்த சாயத்தின் வேலை என்ன என்றால், சூரிய ஒளியை விழுங்கி, கட்டற்ற எலக்ட்ரான்களை உருவாக்கி டைடானியம் ஆக்சைடுக்கு கொடுக்க வேண்டும். இதற்கு முன்பாக, டைடானிய்ம் ஆக்சைடு ஒரு குறைகடத்தி என்பதைப் பார்த்தோம். எல்லா குறைகடத்திகளுக்குமே, ‘ஒளியை மின்சாரமாக்கும்’ தன்மை உண்டு. ஆனால், ‘எந்த ஒளியை மின்சாரமாக்கும்’ என்ற விதத்தில் வேறுபாடு உண்டு. எடுத்துக்காட்டாக, டைடானியம் ஆக்சைடு “அல்ட்ரா வயலட்” என்று சொல்லப்படும் “புற ஊதா” கதிர்களை மின்சாரமாக்கும். காட்மியம் டெலுரைடு என்பது, “கண்ணுக்கு தெரியும்” ஒளியில் பெரும்பகுதியை மின்சாரமாக்கும். சிலிக்கன் என்பது “கண்ணுக்கு தெரியும் ஒளியில்” ஓரளவு பகுதியை மின்சாரமாக்கும்.

சூரிய ஒளியில் VISIBLE என்ற கண்ணுக்கு தெரியும் ஒளிதான் அதிகம். இந்த DSC செல்லில், டைடானியம் ஆக்சைடு, ‘புற ஊதாக்’ கதிர்களை நேரடியாக மின்சாரமாக்கும். ஆனால் அதன் அளவு குறைவு. சாயமானது ‘கண்ணுக்கு தெரியும்’ ஒளியில் பெருமளவு மின்சாரமாக்கும், அதை டைடானியம் ஆக்சைடுக்கு கொடுக்கும். இதுதான் வெளியில் கிடக்கும் மின்சாரத்தின் பெருமளவு ஆகும்.

இப்படி வரும் எலக்ட்ரான்களை நாம் “மின்சாரம் கடத்தும் கண்ணாடி” மூலம் வெளியே எடுத்து பயன்படுத்தலாம். இந்த வகை கண்ணாடிக்கு உதாரணம், “ஃபுளூரைடு கலந்த தகர ஆக்சைடு”, ஆங்கிலத்தில் "Fluoride doped Tin Oxide".

சரி, இதில் அயொடைடு உப்புக்கு என்ன வேலை?

சாயமானது ஒளியை விழுங்கி எலக்ட்ரானை கொடுத்த பிறகு ‘பாசிடிவ் சார்ஜ்’ (Positive Charge) இருக்கும். இப்போது, அருகில் இருக்கும் இன்னொரு சாயத்தின் மூலக்கூறு ஒளியை வாங்கி எலக்ட்ரானைக் கொடுப்பதாக கற்பனை செய்து கொள்ளுங்கள். இப்போது பாசிடிவ் சார்ஜ் இருக்கும் சாயம் இந்த எலக்ட்ரானை ஈர்க்கும். இந்த சாயமும் எலக்ட்ரானும் சேர்ந்தால், நமக்கு ஒரு பயனும் இல்லை. இந்த எலக்ட்ரான் டைடானியம் ஆக்சைடு மூலம் வெளியே வந்தால்தான் நமக்கு மின்சாரம் கிடைக்கும்.

அப்படி என்றால் பாசிடிவ் ஆக இருக்கும் சாயத்திற்கு வேறு வகையில் எலக்ட்ரானை கொண்டு வர வேண்டும். முதலில் வெளியே வந்த எலக்ட்ரானகள், நாம் மின்சாரமாகப் பயன்படுத்திய பிறகு அடுத்த மின் தகடுக்கு (electrode) வரும். இதுதான் சோலார் செல்லில் கீழே இருக்கும் தகடு.

இந்த எலெக்ட்ரானைக் கொண்டு வந்து ‘பாசிடிவ்’ ஆக இருக்கும் சாயத்திற்கு கொடுப்பதுதான் அயோடைடு உப்பின் வேலை.




அயோடைடு உப்பு ஒன்றும் ‘சும்மா’ எலக்ட்ரானை தூக்கி வந்து கொடுக்காது. ஒவ்வொரு வேலைக்கும் கூலி உண்டு. இங்கே அயோடைடு உப்பு எலக்ட்ரானை வாங்கி வேதிவினையில் ஈடுபடும். அப்போதுதான் ‘எலக்ட்ரானை தூக்கிக் கொண்டு’ வரும். தண்ணீருக்குள் நகர்ந்து சென்று , சாயம் இருக்கும் இடத்தில் சென்று , எலக்ட்ரானை இழந்து இருக்கும் சாயத்திற்கு இந்த எலக்ட்ரானை கொடுக்கும். இப்படி நகர்ந்து செல்வதை DIFFUSION என்று ஆங்கிலத்தில் சொல்வார்கள்.

எலக்ட்ரானைக் கொடுப்பதும் ஒரு வேதிவினையின் வழியாகத்தான். அயோடைடு எலக்ட்ரானைக்
கொடுத்த பின், மீண்டும் தண்ணீர் வழியே நகர்ந்து வந்து மின் தகட்டிற்கு வந்து அடுத்த எலக்ட்ரானை வாங்க தயாராகிவிடும்.

மற்ற வகை சோலார் செல்களில் இப்படி மூலக்கூறுகள் அல்லது அயனிகள் நகர்ந்து செல்வது இல்லை. எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் துளைகள் இவை இரண்டும்தான் பயணம் செய்யும்.

இந்த சோலார் செல்லின் நிறை குறை என்ன?

இதை குறைந்த செலவில் செய்ய முடியும். ருதீனியம் இல்லாமல் கூட, (எ.கா. இலைகளைப் பறித்து, கசக்கி சாறாக்கி, அந்த பச்சயத்தை வைத்துக் கூட) செய்ய முடியும் என்று விஞ்ஞானிகள் நிரூபித்து இருக்கிறார்கள்


இவற்றின் திறன் குறைவு. அதாவது, ஒரு சதுர அடி சோலார் செல்லை எடுத்துக் கொண்டால், ‘சிலிக்கன்’ சோலார் செல் அதிக அளவு மின்சாரம் கொடுக்கும். DSC செல் குறைந்த அளவுதான் கொடுக்கிறது. காரணம், ‘நிறைய ஒளியை மின்சாரமாக்கும்’ சாயம் இன்னும் நம்மால் கண்டுபிடிக்கப் படவில்லை.

புதுசாக செய்யும் DSC செல்லிலேயே திறன் குறைவு. பற்றாக்குறைக்கு, நாட்கள் செல்ல செல்ல திறன் இன்னமும் குறைகிறது. இதில் திரவம் (தண்ணீர்) இருப்பதும் ஒரு காரணம். வெளியில் இருந்து தூசி உள்ளே வந்தாலோ, உள்ளே இருக்கும் தண்ணீர் ஏதாவது “லீக்” ஆகி ஆவியாகிவிட்டாலோ, இந்த செல் வேலை செய்யாது, அல்லது திறன் குறைந்து விடும்.

வெயில் அதிகமானால் வெப்பநிலை அதிகமாகும். ஒவ்வொரு பொருளும் வெவ்வேறு அளவு ’விரியும்’ (EXPAND). தண்ணீர் அதிகமாக விரியும், அதனால் அழுத்தம் அல்லது PRESSURE அதிகமாகி செல் உடைந்து விடலாம். ஆராய்ச்சிக் கூடத்தில் செய்வது வேறு, வெளி உலகத்தில் பயன்பாட்டின்போது சோலார் செல் பல சூழ்நிலைகளையும் தாங்கிக் கொண்டு வேலை செய்ய வேண்டும். குளிர்ப்பிரதேசங்களிலும் பிரச்சனைதான். தண்ணீர் உறைந்து பனிக்கட்டி ஆனாலும் இந்த செல் உடையலாம். அப்படி உடையாமல் போனாலும், பனிக்கட்டியில் அயோடைடு அயனிகள் நகர்ந்து செல்லாது, அதனால் மின்சாரம் வராமல் போய்விடும். (தமிழ்நாட்டில் இந்தப் பிரச்சனை இல்லை! வெயில் மட்டும்தான் பிரச்சனை).

இதற்கு மாறாக, சிலிக்கன் சோலார் செல்லில், இருபது அல்லது இருபத்து ஐந்து வருடங்களுக்கு பிரச்சனை இல்லாமல் வேலை செய்யும். வெயில், பனி இவற்றை எல்லாம் தாங்கும். அதனால், DSC செல்லிலும் பலவருடங்கள் பல சூழ்நிலைகளி நல்லபடியாக வேலை செய்ய என்ன செய்ய வேண்டும் என்ற கோணத்தில் ஆராய்ச்சி நடைபெறுகிறது.