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

Wednesday, September 26, 2012

சோலார் செல் - காட்மியம் டெலுரைடு பகுதி 2

காட்மியல் டெலுரைடு வகை செல்களின் அமைப்பு (structure) எப்படி இருக்கும், அதை தயாரிப்பது எப்படி, அது எப்படி வேலை செய்யும்,  என்பது பற்றி இப்போது பார்க்கலாம்.

பெரும்பாலான சோலார் செல்களில் n-type  மற்றும் p-type  என்ற இரு வகை குறைகடத்தி(semiconductor)கள் இருக்கும் என்பதை முன்பே பார்த்திருக்கிறோம். காட்மியம் டெலுரைடு (CdTe) என்பது  காட்மியம் என்று ஒரு தனிமமும், டெலுரியம் என்ற ஒரு தனிமமும் இணைந்த மூலக்கூறு ஆகும். இது p-வகை குறை கட்த்தி ஆகும்.



CdTe செல் வடிவமைப்பு

இந்த சோலார் செல்லின் வடிவமைப்பு கீழே இருக்கும் படத்தில் கொடுக்கப் பட்டிருக்கிறது.


இதில்மேலே கண்ணாடி இருக்கிறது. இது சாதாரண கண்ணாடி ஆகும். இது மின்சாரத்தைக் கடத்தாது.  அதன் அடியில் மின்சாரத்தை கடத்தும் தன்மை வாய்ந்த கண்ணாடி சிறிய அளவில் இருக்கும். ஆங்கிலத்தில்  Transparent conductive oxide அல்லது TCO என்று சுருக்கமாக சொல்லலாம். இதன் தடிமன் ஒரு மைக்ரான் இருக்கும். ஒரு மைக்ரான் என்பது, ஒரு மில்லி மீட்டரில் ஆயிரத்தில் ஒரு பங்கு.

அடுத்து காட்மியம் சல்பைடு படலம் இருக்கும். இது 0.1 மைக்ரான், அதாவது மைக்ரானில் பத்தில் ஒரு பங்கு இருக்கும். இதன் கீழே காட்மியம் டெலுரைடு சுமார் 5 மைக்ரான் தடிமனில் இருக்கும்.

இந்த காட்மியம் டெலுரைடு படலத்தில் நேரடியாக தாமிர கம்பியை வைத்து மின்சாரத்தை எடுத்தால் அதிக அளவில் மின் இழப்பு ஏறபடும். அதைத் தவிர்க்க வேண்டும். அதற்காக, இதன் கீழே, மின்சார கம்பியை இணக்க ‘contact' அல்லது 'back contact' என்று சொல்லக்கூடிய வேறு ஒரு படலம் இருக்கும். இதை ஜிங்க் (Zn) என்ற துத்தநாகம், டெலுரியம் மற்றும் தாமிரம் கலந்த ஒரு படலமாக வைத்திருப்பார்கள். இப்படி ஒரு புரோக்கர் வைத்திருப்பதால், அதிக இழப்பு இல்லாமல் மின்சாரத்தை எடுக்கலாம்.

இந்த படத்தில் இருக்கும் சோலார் செல்லில், சூரிய ஒளி மேலிருந்து கீழே வரும்.  அப்போது அந்த ஒளி ஆற்றலை இந்த சோலார் செல், மின்சார ஆற்றலாக மாற்றி விடும்.


Superstrate விவரம்.
இதில் இன்னொரு விடயம் என்ன என்றால், இதில் சாதாரண கண்ணாடி மேலெ இருக்கிறது. இதை முதலில் எடுத்துக்கொண்டு, இதன் கீழே TCO படியவைப்பார்கள். அதன் பின்னால் காட்மியம் சல்பைடு படிய வைப்பார்கள். அதற்கு பின் காட்மியம் டெலுரைடு, தொடர்ந்து back contact என்று முடியும். அதாவது படத்தைப் பார்த்தால் சாதாரண கண்ணாடி மேலே இருக்கும், அதில் தொடங்கி ஒவ்வொரு படலமாக கீழே இருக்கும் படலங்களை படிய வைப்பார்கள். இதற்கு ஆங்கிலத்தில்  Superstrate என்று சொல்வார்கள்.

இதற்கு பதில் சிலிக்கன் அல்லது சி.ஐ.ஜி.எஸ். போன்ற சோலார் செல் வகைகளில், கீழிருந்து ஒவ்வொரு படலமாக படியவைப்பார்கள். அதை substrate என்று சொல்வார்கள்.

முதல் முதலாக காட்மியல் டெலுரைடு சோலார்செல் தயாரிக்கும்போது கீழிருந்து மேலாகத்தான் , அதாவது substrate முறையில்தான் தயார் செய்தார்கள். ஆனால் யாரோ ஒருவர் superstrate முறையில் ”மேலிருந்து கீழே படிய வைத்தல்” முறையில் செய்தால், சோலார் செல் நன்றாக வேலை செய்யும், அதிக அளவில் மின்சாரம் கிடைக்கும் என்று கண்டுபிடித்தபின், எல்லோரும் இந்த முறையை பின்பற்றுகிறார்கள்.


CdTe பற்றிய விவரங்கள்.
நியாயமாகப் பார்த்தால், ஒரு காட்மியம் அணுவும் ஒரு டெலுரியம் அணுவும் சேர்ந்து காட்மியம் டெலுரைடு என்ற மூலக்கூறு உருவாகும்போது இது P-வகை குறைகடத்தி ஆக முடியாது.  குறை கடத்திகளில் N-வகை என்பதில் எலெக்ட்ரான்கள் அதிக அளவு இருக்கும். அதாவது, கட்டுறா மின்னணு (free electron) என்பது அதிக அளவு இருக்கும்.

அதைப் போலவே P வகை என்பதில்  கட்டுறா மின்னணுக்களை விட ஹோல் (hole) என்ற பொருள் அதிகமாக இருக்கும். இந்த எலக்ட்ரான் மற்றும் ஹோல் இரண்டும் சரிசமமாக இருந்தால் அது intrinsic semiconductor என்று ஆங்கிலத்தில் சொல்லப்படும். தமிழில் என்ன என்று தெரியவில்லை. ஒருவேளை தூய குறைகடத்தி என்று சொல்லலாமோ என்னவோ.

காட்மியமும் டெலுரியமும் சரிசமமாக இருந்தால்,  அது P-வகையாகவோ அல்லது N வகையாகவோ இருக்காது. intrinsic என்ற நியூட்ரல் வகையில் இருக்கும். ஆனால் இயற்கையிலேயே, காட்மியத்தையும் டெலுரியத்தையும் சேர்த்தால் வரும் பொருளில் கொஞ்சம் டெலுரியம் அதிகம் சேர்ந்துவிடுகிறது, அதாவது 10 கிராம் காட்மியமும் 10 கிராம் டெலுரியமும் சேர்த்தால், 9.999 கிராம் காட்மியமும் 10 கிராம் டெலுரியமும்தான்  சேர்கிறது. மிச்சம் காட்மியம் அப்படியே இருக்கிறது.  இது ஏன் என்று எனக்கு தெரியாது, ஆனால் இப்படித்தான் இயற்கையில் நடக்கிறது.

இப்படி வந்த காட்மியம் டெலுரைடு,  இதில் டெலுரியம் கொஞ்சம் அதிகமாக இருப்பதால், P வகை குறைகடத்தியாக இருக்கிறது.

காட்மியம் டெலுரைடு தயாரிப்பில் சில தந்திரங்கள் (tricks) செய்தால் இதை N-வகையாகவும் செய்ய முடியும். தற்சமையம் இது P-வகையாகவே பயன்படுத்தப் படுகிறது.

CdS பற்றிய விவரங்கள்

இதைப்போலவே, காட்மியம் தனிமத்துடன் சல்ஃபர் என்ற கந்தகம் இணைந்து ‘CdS’ காட்மியம் சல்ஃபைடு என்ற பொருள் உருவாகிறது. இதில், காட்மியமும் கந்தகமும் சரியான அளவில் இணைவதில்லை. அதனால் , காட்மியம் சல்பைடு இயற்கையிலேயே N-வகை குறைகடத்தியாக இருக்கிறது.

இப்படி காட்மியம் டெலுரைடும், காட்மியம் சல்ஃபைடும் சேர்த்து உருவாக்க்குவது தான் “காட்மியம் டெலுரைடு சோலார் செல்” ஆகும்.



தயாரிக்கும் முறை

இந்த செல்லில் காட்மியம் டெலுரைடு, மற்றும் காட்மியல் சல்பைடு இரண்டும்தான் முக்கிய படலங்கள். காட்மியம் சல்பைடு ப்டிய வைத்தல் பற்றி ஏற்கனவே CIGS செல் தயாரிப்பில் பார்த்து இருக்கிறோம். CdTe படலம் எப்படி தயாரிக்கிறார்கள் என்று இங்கே பார்க்கலாம்.

காட்மியம் டெலுரைடு படலம் தயாரிக்க பல முறைகள் இருக்கின்றன.  தற்போது வணிக ரீதியில் (commercial) தயாரிக்கும் முறை Close Spaced Sublimation
என்று ஆங்கிலத்தில் சொல்லப்படுகிறது. சுருக்கமாக CSS என்று சொல்லப்படும். இந்த இடத்தில் “Close spaced” என்பதற்கு ‘குறுகிய இடைவெளி’ அல்லது ‘குறைந்த இடைவெளி’  என்று தமிழாக்கம் செய்யலாம். Sublimation என்பது ‘நேரடியாக திடப்பொருளில் இருந்து ஆவியாவது’.  சாதாரணமாக ஒரு திடப்பொருளை சூடுபடுத்தினால் அது முதலில் திரவமாகும், இன்னும் சூடுபடுத்தினால் பிறகு ஆவியாகும். எ.கா. பனிக்கட்டி உருகி, நீராக மாறி, பிறகு ஆவியாவது.

சில பொருள்கள், திடநிலையில் இருந்து சூடுபடுத்தியதும், திரவமாக மாறாமல், நேரடியாக ஆவியாகிவிடும். எ.கா. கற்பூரம், பூச்சி உருண்டை என்று சொல்லப்படும் நாஃப்தலின் உருண்டைகள், ‘உலர் பனி’ அல்லது DRY ICE என்ற ’திட நிலை கார்பன் டை ஆக்சைடு’ ஆகியவை வெளியில் வைத்தால் உருகாமல் நேரடியாக ஆவியாகும்.

காட்மியம் டெலுரைடு ஏற்கனவே ஏதாவது ஒரு வகையில் தயாரித்து வைத்து இருப்பார்கள். அதை சரியான தடிமனில் படிய வைக்கவே CSS முறை பயன்படுத்தப் படுகிறது. இது எப்படி என்றால், கண்ணாடி ,TCO, காட்மியம் சல்பைடு படியவைத்த பின், அதற்கு மிக அருகில் (அதாவது 2 மிமீ முதல் 20 மி மீ அளவு இடைவெளியில்), காட்மியல் டெலுரைடை வைக்க வேண்டும். பிறகு, அந்த அறை(Chamber) யில் இருக்கும் காற்றை முழுதும் வெளியில் எடுத்து, வெற்றிடம் ஆக்க வேண்டும். அடுத்து, மிகச் சிறிய அளவு நைட்ரஜன் வாயுவை உள்ளே செலுத்துவார்கள். அப்போது Pressure (அழுத்தம்) சுமார் 10 torr என்ற அளவில் இருக்கும். சாதாரணமாக காற்று மண்டல அழுத்தம் 760 torr  என்ற அளவில் இருக்கும். எனவே ஏறக்குறைய காற்று மண்டலத்தை விட 76ல் ஒரு பங்கு அழுத்தத்திற்கு அந்த அறை இருக்கும்.

இந்த நிலையில், காட்மியம் டெலுரைடை சுமார் 550 அல்லது 650 C அளவு வெப்பநிலை போகும்வரை சூடுபடுத்துவார்கள். அதே சமயம் கண்ணாடி/TCO/காட்மியல் சல்பைடை சுமார் 500 C வரை சூடுபடுத்துவார்கள். அப்போது காட்மியல் டெலுரைடு ஆவியாக மாறி, கண்ணாடிமேல் படியும்.  கண்ணாடியின் வெப்பநிலை கொஞ்சம் குறைவாக இருப்பதால், திடப்பொருளாக மாறும். இதற்கு வெப்ப நிலையையும், அழுத்தத்தையும் நன்றாக கட்டுப்படுத்த வேண்டும். அப்போதுதான் இந்தப் படலம் சரியாக வரும்.

இந்த முறை தவிர, மின் வேதியியல் (electrochemical) முறை, ஸ்கிரீன் ப்ரிண்டிங் (Screen printing) முறை என்று பிற முறைகளும் இருக்கின்றன. அவற்றிலும், இந்த சோலார் செல் சிறப்பாகவே வருகிறது. அதனால் CSS முறைதான் எல்லாவற்றிலும் சிறந்தது என்று நிச்சயமாக சொல்ல முடியாது. இப்போதைக்கு, First Solar என்ற கம்பெனி இந்த முறையில் வணிக ரீதியில் இந்த முறையை பயன்படுத்தி வருகிறது. அவ்வளவே. மற்ற முறைகளையும் வணிக ரீதியில் கொண்டு வர முயற்சிகள் நடக்கின்றன. அப்படி வந்தால் எதில் செலவு குறைவோ அதுதான் பரவலாக நடைமுறையில் வரும்.


குறிப்பு
இந்த காட்மியம் டெலுரைடு வகை சோலார் செல்லில் n மற்றும் p வகை இரண்டிலும் Cd காட்மியம் தனிமம் இருக்கிறது.  அதனாலேயே நச்சுத்தன்மை பற்றி சிலபல கேள்விகள் வருகின்றன.

சி.ஐ.ஜி.எஸ். என்ற வகை சோலார் செல்லில் கூட, n-வகையில் காட்மியம் இருக்கிறது. ஆனால் அது 0.1 மைக்ரான் அளவில் இருப்பதால் “காட்மியம் நச்சு வாயுவை உருவாக்குமே” என்று யாரும் கத்துவதில்லை. 5 அல்லது 10 மைக்ரான் தடிமன் இருந்தால்தான் அது பிரச்சனைக்கு உரிய அளவாக மாறுகிறது.

4 comments:

வடுவூர் குமார் said...

என்னுடைய அடுத்த DIY இதுவாகத்தான் இருக்கும் ஆனால் இந்த மின்கலன் சேமிப்பு அதன் பராமரிப்பு தான் என்னை வெகுவாக யோசிக்கவைக்கிறது.

ஆனந்த் said...

நல்ல பதிவு.

வே.நடனசபாபதி said...

தங்களது வலைப்பதிவை இன்றைய வலைச்சரம் (http://blogintamil.blogspot.in/2013/03/blog-post_7.html ) வலைப்பதிவில் அறிமுகப்படுத்தியுள்ளேன். காண்க.

Sathiya Balan M said...

I would highly appreciate if you guide me through this. Thanks for the article…
Tamil News | Tamil Newspaper | Latest Tamil News | Kollywood News