शोट्की जंक्शन सौर सेल: Difference between revisions
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जबकि शोध से ज्ञात हुआ है कि धातु और अर्धचालकों के मध्य पतली इन्सुलेट परतें सौर सेल के प्रदर्शन में सुधार करती हैं एवं धातु-विसंवाहक-अर्धचालक शोट्की जंक्शन सौर कोशिकाओं में रुचि उत्पन्न करती हैं। पतली इन्सुलेट परत जैसे कि [[सिलिकॉन डाइऑक्साइड]], इस परत के माध्यम से [[अल्पसंख्यक वाहक|अल्पसंख्यक वाहकों]] को सुरंग की संभावना की अनुमति देकर [[इलेक्ट्रॉन छेद|इलेक्ट्रॉन छिद्र]] के जुड़ाव पुनर्संयोजन और [[डार्क करंट (भौतिकी)]] की दरों को कम कर सकती है।<ref>{{cite journal |title=MIS Solar Cells: A Review |last=Pulfrey |first=David L. |journal=IEEE Transactions on Electron Devices |doi= 10.1109/t-ed.1978.19271|year=1978 |pages=1308–1317 |volume=25 |issue=11|bibcode=1978ITED...25.1308P |s2cid=47296128 }}</ref> | |||
शोट्की-जंक्शन बैंड गैप में अशुद्धता ऊर्जा स्तर प्रस्तुत करके सौर कोशिकाओं की दक्षता बढ़ाने का एक प्रयास है। यह अशुद्धता अधिक कम ऊर्जा फोटॉनों को अवशोषित कर सकती है जो सेल की बिजली रूपांतरण दक्षता में सुधार करती है।<ref>{{cite journal |last1=Luque |first1=Antonio |last2=Martí |first2=Antonio |title=मध्यवर्ती स्तरों पर फोटॉन प्रेरित संक्रमणों द्वारा आदर्श सौर कोशिकाओं की दक्षता बढ़ाना|journal=Physical Review Letters |volume=78 |issue=26 |pages=5014–5017 |doi=10.1103/physrevlett.78.5014|year=1997 |bibcode=1997PhRvL..78.5014L }}</ref> इस प्रकार के सौर सेल अधिक पारंपरिक फोटोवोल्टिक कोशिकाओं की तुलना में बेहतर प्रकाश ट्रैपिंग और तेज वाहक परिवहन की अनुमति देते हैं।<ref>{{cite journal |last1=Fan |first1=Guifeng |last2=Zhu |first2=Hongwei |last3=Wang |first3=Kunlin |last4=Wei |first4=Jinquan |last5=Li |first5=Xinming |last6=Shu |first6=Qinke |last7=Guo |first7=Ning |last8=Wu |first8=Dehai |title=Graphene/Silicon Nanowire Schottky Junction for Enhanced Light Harvesting |journal=ACS Applied Materials & Interfaces |volume=3 |issue=3 |pages=721–725 |doi=10.1021/am1010354|pmid=21323376 |year=2011 }}</ref> | |||
== सामग्री प्रकार == | == सामग्री प्रकार == | ||
शोट्की जंक्शन सौर कोशिकाओं का निर्माण कई भिन्न-भिन्न प्रकार की सामग्री का उपयोग करके किया जा सकता है। | |||
=== [[कैडमियम सेलेनाइड]] === | === [[कैडमियम सेलेनाइड]] === | ||
एक सामग्री | कैडमियम सेलेनाइड एक सामग्री है।<ref name=":0">{{cite journal|last1=Li|first1=Liang|last2=Lu|first2=Hao|last3=Deng|first3=Kaimo|title=सिंगल सीडीएसई नैनोबेल्ट-ऑन-इलेक्ट्रोड शोट्की जंक्शन सौर सेल|journal=Journal of Materials Chemistry A|volume=1|date=3 Dec 2012|issue=6|pages=2089–2093|doi=10.1039/C2TA00410K}}</ref> [[प्रत्यक्ष बैंडगैप]] अर्धचालक के रूप में CdSe के पास आधुनिक तकनीक में कई अनुप्रयोग हैं। सौर कोशिकाओं में CdSe का उपयोग करने वाले पिछले प्रयोगों के परिणामस्वरूप लगभग 0.72% की शक्ति-रूपांतरण दक्षता हुई।<ref name=":0" /> एकल कैडमियम सेलेनाइड नैनोबेल्ट-ऑन-इलेक्ट्रोड का उपयोग करने का प्रस्ताव लिआंग ली एट अल था। यह विधि [[इलेक्ट्रॉन-बीम लिथोग्राफी]] या EBL का उपयोग करती है जो शोट्की जंक्शन सौर कोशिकाओं को विकसित करने के लिए अधिक कुशल संश्लेषण विधि प्रदान करती है। जबकि यह सामग्री अभी तक अधिक बिजली-रूपांतरण दक्षता प्रदान नहीं करती है परन्तु सरल निर्माण विधियों का आगमन [[ नैनो इलेक्ट्रॉनिक्स ]]अनुप्रयोगों में विश्वास दिखाता है।<ref name=":0" /> कैडमियम सेलेनाइड कोशिकाओं की दक्षता बढ़ाने के लिए और शोध किये जा रहे हैं। | ||
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बल्क- | बल्क- विसंधि सोलर सेल का निर्माण करते समय पी-टाइप निकल ऑक्साइड प्रभावी [[एनोड]] की परत है। विस्तृत बैंड-गैप अर्धचालक के रूप में इसका कार्य एनोड सतह को व्यवस्थित करने में मदद करता है और अधिकतम फोटॉन प्रवाह को सक्रिय परत तक पहुंचने में मदद करता है। इस स्थिति में NiO मोटाई को भी मापा गया था यद्यपि मोटाई बढ़ने से सेल दक्षता कम हो जाती है। इन कोशिकाओं में निकेल ऑक्साइड पॉली (3,4-एथिलीनडाइऑक्साइथियोफेन) पॉलीस्टाइरीन सल्फोनेट या PEDOT: PSS का स्थान लेता है जिसके परिणामस्वरूप सेल की स्थिरता बनाए रखते हुए प्रदर्शन में नाटकीय वृद्धि होती है। कैडमियम सेलेनाइड सेल की तुलना में निकल डाइऑक्साइड कोशिकाएं 5.2% तक शक्ति-रूपांतरण दक्षता प्रदान करती हैं।<ref>{{cite journal|last1=Irwin|first1=Michael D.|last2=Buchholz|first2=Bruce|last3=Hains|first3=Alexander W.|last4=Chang|first4=Robert P. H.|last5=Marks|first5=Tobin J.|title=पी-टाइप सेमीकंडक्टिंग निकेल ऑक्साइड पॉलीमर बल्क-हेटेरोजंक्शन सोलर सेल में दक्षता बढ़ाने वाली एनोड इंटरफेशियल परत के रूप में|journal=Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America|date=26 Feb 2008|volume=105|issue=8|doi=10.1073/pnas.0711990105|pages=2783–2787|pmc=2268537|bibcode=2008PNAS..105.2783I |doi-access=free}}</ref> | ||
=== [[गैलियम आर्सेनाइड]] === | === [[गैलियम आर्सेनाइड]] === | ||
अनुकूल परिस्थितियों में गैलियम आर्सेनाइड सेल लगभग 22% की दक्षता उत्पन्न कर सकता है। इसे MIS या [[MOSFET]] धातु-विसंवाहक-अर्धचालक माना जाता है और फोटो-विधुत शमन को रोकने के लिए पतली [[ऑक्साइड]] परत की आवश्यकता होती है।<ref name=":1" /> शेंग एस ली एट अल नें पहली बार प्रदर्शित किया कि बैंड गैप एनर्जी के समान प्रभावी अवरोध ऊंचाई का अनुभव किया जा सकता है यदि p-परत की मोटाई और अपमिश्रक घनत्व के साथ-साथ n क्रियाधार में अपमिश्रक घनत्व का चुनाव ठीक प्रकार से हो।<ref name=":1">{{cite journal|last1=Li|first1=Sheng S.|title=एक उपन्यास MPN गैलियम आर्सेनाइड Schottky बाधा सौर सेल का सैद्धांतिक विश्लेषण|journal=Solid-State Electronics|date=Feb 1978|volume=21|issue=2|pages=435–438|doi=10.1016/0038-1101(78)90274-5|bibcode=1978SSEle..21..435L }}</ref> | |||
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आधारभूत शॉट्की-जंक्शन (शॉट्की-अवरोध) सौर सेल में धातु और अर्धचालक के मध्य आतंरिक चार्ज पृथक्करण के लिए आवश्यक बैंड झुकाव प्रदान करता है।[1] पारंपरिक सौर सेल पी-प्रकार अर्धचालक और n-प्रकार अर्धचालक परतों से बने होते हैं जो अंतर्निर्मित वोल्टेज (p-n जंक्शन) के स्रोत का निर्माण करते हैं।[2] धातु के फर्मी स्तर और अर्धचालक के चालन बैंड के मध्य भिन्न-भिन्न ऊर्जा स्तरों के कारण मानक सौर सेल में p-n जंक्शन पर देखे गए सुचारू बैंड संक्रमण के स्थान पर अकस्मात संभावित अंतर उत्पन्न होता है और यही शॉट्की बाधा है।[3] जबकि थर्मिओनिक उत्सर्जन की उच्च दर के प्रति संवेदनशील शोट्की अवरोध सौर कोशिकाओं का निर्माण लागत प्रभावी और औद्योगिक रूप से मापनीय सिद्ध होता है।[4]
जबकि शोध से ज्ञात हुआ है कि धातु और अर्धचालकों के मध्य पतली इन्सुलेट परतें सौर सेल के प्रदर्शन में सुधार करती हैं एवं धातु-विसंवाहक-अर्धचालक शोट्की जंक्शन सौर कोशिकाओं में रुचि उत्पन्न करती हैं। पतली इन्सुलेट परत जैसे कि सिलिकॉन डाइऑक्साइड, इस परत के माध्यम से अल्पसंख्यक वाहकों को सुरंग की संभावना की अनुमति देकर इलेक्ट्रॉन छिद्र के जुड़ाव पुनर्संयोजन और डार्क करंट (भौतिकी) की दरों को कम कर सकती है।[5]
शोट्की-जंक्शन बैंड गैप में अशुद्धता ऊर्जा स्तर प्रस्तुत करके सौर कोशिकाओं की दक्षता बढ़ाने का एक प्रयास है। यह अशुद्धता अधिक कम ऊर्जा फोटॉनों को अवशोषित कर सकती है जो सेल की बिजली रूपांतरण दक्षता में सुधार करती है।[6] इस प्रकार के सौर सेल अधिक पारंपरिक फोटोवोल्टिक कोशिकाओं की तुलना में बेहतर प्रकाश ट्रैपिंग और तेज वाहक परिवहन की अनुमति देते हैं।[7]
सामग्री प्रकार
शोट्की जंक्शन सौर कोशिकाओं का निर्माण कई भिन्न-भिन्न प्रकार की सामग्री का उपयोग करके किया जा सकता है।
कैडमियम सेलेनाइड
कैडमियम सेलेनाइड एक सामग्री है।[8] प्रत्यक्ष बैंडगैप अर्धचालक के रूप में CdSe के पास आधुनिक तकनीक में कई अनुप्रयोग हैं। सौर कोशिकाओं में CdSe का उपयोग करने वाले पिछले प्रयोगों के परिणामस्वरूप लगभग 0.72% की शक्ति-रूपांतरण दक्षता हुई।[8] एकल कैडमियम सेलेनाइड नैनोबेल्ट-ऑन-इलेक्ट्रोड का उपयोग करने का प्रस्ताव लिआंग ली एट अल था। यह विधि इलेक्ट्रॉन-बीम लिथोग्राफी या EBL का उपयोग करती है जो शोट्की जंक्शन सौर कोशिकाओं को विकसित करने के लिए अधिक कुशल संश्लेषण विधि प्रदान करती है। जबकि यह सामग्री अभी तक अधिक बिजली-रूपांतरण दक्षता प्रदान नहीं करती है परन्तु सरल निर्माण विधियों का आगमन नैनो इलेक्ट्रॉनिक्स अनुप्रयोगों में विश्वास दिखाता है।[8] कैडमियम सेलेनाइड कोशिकाओं की दक्षता बढ़ाने के लिए और शोध किये जा रहे हैं।
निकल ऑक्साइड
बल्क- विसंधि सोलर सेल का निर्माण करते समय पी-टाइप निकल ऑक्साइड प्रभावी एनोड की परत है। विस्तृत बैंड-गैप अर्धचालक के रूप में इसका कार्य एनोड सतह को व्यवस्थित करने में मदद करता है और अधिकतम फोटॉन प्रवाह को सक्रिय परत तक पहुंचने में मदद करता है। इस स्थिति में NiO मोटाई को भी मापा गया था यद्यपि मोटाई बढ़ने से सेल दक्षता कम हो जाती है। इन कोशिकाओं में निकेल ऑक्साइड पॉली (3,4-एथिलीनडाइऑक्साइथियोफेन) पॉलीस्टाइरीन सल्फोनेट या PEDOT: PSS का स्थान लेता है जिसके परिणामस्वरूप सेल की स्थिरता बनाए रखते हुए प्रदर्शन में नाटकीय वृद्धि होती है। कैडमियम सेलेनाइड सेल की तुलना में निकल डाइऑक्साइड कोशिकाएं 5.2% तक शक्ति-रूपांतरण दक्षता प्रदान करती हैं।[9]
गैलियम आर्सेनाइड
अनुकूल परिस्थितियों में गैलियम आर्सेनाइड सेल लगभग 22% की दक्षता उत्पन्न कर सकता है। इसे MIS या MOSFET धातु-विसंवाहक-अर्धचालक माना जाता है और फोटो-विधुत शमन को रोकने के लिए पतली ऑक्साइड परत की आवश्यकता होती है।[10] शेंग एस ली एट अल नें पहली बार प्रदर्शित किया कि बैंड गैप एनर्जी के समान प्रभावी अवरोध ऊंचाई का अनुभव किया जा सकता है यदि p-परत की मोटाई और अपमिश्रक घनत्व के साथ-साथ n क्रियाधार में अपमिश्रक घनत्व का चुनाव ठीक प्रकार से हो।[10]
संदर्भ
- ↑ Tung, Raymond T. (2014). "शोट्की बैरियर हाइट का भौतिकी और रसायन". Applied Physics Reviews. 1 (1): 011304. Bibcode:2014ApPRv...1a1304T. doi:10.1063/1.4858400.
- ↑ Partain, Larry; Fraas, Lewis (2010). सौर सेल और उनके अनुप्रयोग. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc.
- ↑ Landsberg, P.T.; Klimpe, C. (1977). "शॉटकी बैरियर सेल का सिद्धांत" (PDF). Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences. 354 (1676): 101–118. doi:10.1098/rspa.1977.0058. S2CID 97366390.
- ↑ Srivatava, S.; et al. (1980). "शोट्की बैरियर सोलर सेल की दक्षता". Physica Status Solidi A. 58 (2): 343–348. Bibcode:1980PSSAR..58..343S. doi:10.1002/pssa.2210580203.
- ↑ Pulfrey, David L. (1978). "MIS Solar Cells: A Review". IEEE Transactions on Electron Devices. 25 (11): 1308–1317. Bibcode:1978ITED...25.1308P. doi:10.1109/t-ed.1978.19271. S2CID 47296128.
- ↑ Luque, Antonio; Martí, Antonio (1997). "मध्यवर्ती स्तरों पर फोटॉन प्रेरित संक्रमणों द्वारा आदर्श सौर कोशिकाओं की दक्षता बढ़ाना". Physical Review Letters. 78 (26): 5014–5017. Bibcode:1997PhRvL..78.5014L. doi:10.1103/physrevlett.78.5014.
- ↑ Fan, Guifeng; Zhu, Hongwei; Wang, Kunlin; Wei, Jinquan; Li, Xinming; Shu, Qinke; Guo, Ning; Wu, Dehai (2011). "Graphene/Silicon Nanowire Schottky Junction for Enhanced Light Harvesting". ACS Applied Materials & Interfaces. 3 (3): 721–725. doi:10.1021/am1010354. PMID 21323376.
- ↑ 8.0 8.1 8.2 Li, Liang; Lu, Hao; Deng, Kaimo (3 Dec 2012). "सिंगल सीडीएसई नैनोबेल्ट-ऑन-इलेक्ट्रोड शोट्की जंक्शन सौर सेल". Journal of Materials Chemistry A. 1 (6): 2089–2093. doi:10.1039/C2TA00410K.
- ↑ Irwin, Michael D.; Buchholz, Bruce; Hains, Alexander W.; Chang, Robert P. H.; Marks, Tobin J. (26 Feb 2008). "पी-टाइप सेमीकंडक्टिंग निकेल ऑक्साइड पॉलीमर बल्क-हेटेरोजंक्शन सोलर सेल में दक्षता बढ़ाने वाली एनोड इंटरफेशियल परत के रूप में". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 105 (8): 2783–2787. Bibcode:2008PNAS..105.2783I. doi:10.1073/pnas.0711990105. PMC 2268537.
- ↑ 10.0 10.1 Li, Sheng S. (Feb 1978). "एक उपन्यास MPN गैलियम आर्सेनाइड Schottky बाधा सौर सेल का सैद्धांतिक विश्लेषण". Solid-State Electronics. 21 (2): 435–438. Bibcode:1978SSEle..21..435L. doi:10.1016/0038-1101(78)90274-5.
अग्रिम पठन
- Memming, Rüdiger (2000). Semiconductor Electrochemistry (2 ed.). Wiley-VCH. pp. 26–38. doi:10.1002/9783527613069. ISBN 978-352731281-8. S2CID 30162712.
