कैडमियम टेलुराइड फोटोवोल्टिक्स: Difference between revisions

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कैडमियम टेलुराइड (CdTe) सौर पैनलों से बना पीवी सरणी

कैडमियम टेलुराइड (CdTe) फोटोवोल्टिक एक फोटोवोल्टिक (पीवी) तकनीक है जो एक पतली अर्धचालक परत में कैडमियम टेल्यूराइड के उपयोग पर आधारित है जिसे सूर्य के प्रकाश को अवशोषित करने और बिजली में परिवर्तित करने के लिए अभिकल्पित किया गया है।[1] कैडमियम टेलुराइड पीवी मल्टी-किलोवाट प्रणाली में क्रिस्टलीय सिलिकॉन से बने पारंपरिक सौर सेल की तुलना में कम लागत वाली एकमात्र पतली फिल्म तकनीक है।[1][2][3]

जीवनचक्र के आधार पर, CdTe पीवी में किसी भी सम्मलिता फोटोवोल्टिक तकनीक की तुलना में सबसे छोटा कार्बन पदचिह्न, सबसे कम पानी का उपयोग और सबसे कम ऊर्जा भुगतान समय है।[4][5][6][7] एक वर्ष से कम का CdTe ऊर्जा भुगतान समय अल्पकालिक ऊर्जा घाटे के बिना तेजी से कार्बन कटौती की अनुमति देता है।

उत्पादन के दौरान और जब पैनलों का निपटान किया जाता है तो कैडमियम की विषाक्तता एक पर्यावरणीय चिंता का विषय है। इसमें से कुछ को उनके जीवन काल के अंत में CdTe मॉड्यूल के पुनर्चक्रण द्वारा कम किया जा सकता है, [8] क्योंकि CdTe मॉड्यूल के पुनर्चक्रण के संबंध में अनिश्चितताएं हैं और जनता की राय इस तकनीक के प्रति सशंकित है।[9][10] दुर्लभ सामग्रियों का उपयोग मध्यावधि भविष्य में CdTe प्रौद्योगिकी की औद्योगिक मापनीयता के लिए एक सीमित कारक भी बन सकता है। टेल्यूरियम की प्रचुरता - जिसमें टेल्यूराइड आयनिक रूप है। भू – पर्पटी में प्लैटिनम और मॉड्यूल की लागत में महत्वपूर्ण योगदान देता है।[11]

CdTe फोटोवोल्टिक का उपयोग दुनिया के कुछ सबसे बड़े फोटोवोल्टिक बिजली स्टेशनों में किया जाता है, जैसे कि टोपैज सौर फार्म, दुनिया भर में पीवी उत्पादन में 5.1% की हिस्सेदारी के साथ, CdTe प्रौद्योगिकी ने 2013 में पतली फिल्म बाजार में आधे से अधिक का योगदान दिया है।[12] CdTe थिन फिल्म तकनीक की एक प्रमुख निर्माता कंपनी फर्स्ट सोलर है, जो टेम्पे, एरिज़ोना में स्थित है।

पृष्ठभूमि

CdTe पतली फिल्म सौर सेल का क्रॉस-सेक्शन।

प्रमुख पीवी तकनीक हमेशा क्रिस्टलीय सिलिकॉन वेफर्स पर आधारित रही है। पतली फिल्में और सांद्रक लागत कम करने के आरंभिकी प्रयास थे। पतली फिल्में सूर्य के प्रकाश को अवशोषित और परिवर्तित करने के लिए पतली अर्धचालक परतों के उपयोग पर आधारित होती हैं। सांद्रक प्रत्येक पैनल पर अधिक धूप डालने के लिए लेंस या दर्पण का उपयोग करके पैनलों की संख्या कम करते हैं।

बड़े पैमाने पर विकसित की जाने वाली पहली पतली फिल्म तकनीक अक्रिस्टलीय सिलिकन थी। चूंकि, यह तकनीक कम दक्षता और धीमी विवृत दर (उच्च पूंजी लागत के कारण) से ग्रस्त है। इसके अतिरिक्त, पीवी बाजार 2007 में लगभग 4 गीगावाट तक पहुंच गया, जिसमें क्रिस्टलीय सिलिकॉन की बिक्री लगभग 90% थी।[13] उसी स्रोत का अनुमान है कि 2007 में लगभग 3 गीगावाट स्थापित किए गए थे।

इस अवधि के दौरान कैडमियम टेलुराइड और कॉपर इंडियम गैलियम सेलेनाइड या सीआईएस-मिश्र धातु विकास के अधीन रहे। प्रयोगशाला में 20% तक पहुंचने वाली बहुत अधिक छोटे क्षेत्र की सेल दक्षता के कारण प्रति वर्ष 1-30 मेगावाट की मात्रा में उत्तरार्द्ध का उत्पादन प्रारंभ हो गया है।[14] 2016 तक 22.1% के रिकॉर्ड के साथ प्रयोगशाला में CdTe सेल दक्षता 20% के करीब पहुंच रही है।[15]


इतिहास

CdTe में अनुसंधान 1950 के दशक का है,[16][17][18][19][20][21] क्योंकि इसका बैंड अंतराल (~1.5 eV) बिजली में रूपांतरण के संदर्भ में सौर स्पेक्ट्रम में फोटॉन के वितरण से लगभग एकदम मेल खाता है। एक सरल हेट्रोजंक्शन प्रारुप विकसित हुआ जिसमें p-टाइप CdTe का n-टाइप कैडमियम सल्फाइड (CdS) के साथ मिलान किया गया है। ऊपर और नीचे के संपर्कों को जोड़कर सेल को पूरा किया गया है। CdS/CdTe सेल दक्षता में प्रारंभी अग्रक 1960 के दशक में जीई थे, और उसके बाद कोडैक , मोनोसोलर, मत्सुशिता इलेक्ट्रिक इंडस्ट्रियल कंपनी और एमटेक थे।

1981 तक, कोडक ने निकट-अन्तरक उर्ध्वपातन ( क्लोज़-स्पेस सब्लिमेशन) (सीएसएस) का उपयोग किया और पहले 10% कुशल सेल और पहले मल्टी-सेल उपकरण (12 सेल, 8% दक्षता, 30 सेमी2) बनाए है।.[22] मोनोसोलर[23] और एमटेक[24] इलेक्ट्रोफोरेटिक निक्षेपण का उपयोग किया गया, जो एक लोकप्रिय प्रारंभिक विधि थी। मत्सुशिता ने स्क्रीन प्रिंटिंग से प्रारंभ की लेकिन 1990 के दशक में सीएसएस में स्थानांतरित हो गई थी। 1980 के दशक के प्रारंभ में कोडक, मत्सुशिता, मोनोसोलर और एमेटेक में लगभग 10% सूर्य की रोशनी से बिजली दक्षता वाली सेल का उत्पादन किया गया था।[25] एक महत्वपूर्ण कदम तब घटित हुआ जब बड़े क्षेत्र के उत्पादों को बनाने के लिए सेल को आकार में बढ़ाया गया जिन्हें मॉड्यूल कहा जाता है। इन उत्पादों को छोटी सेल की तुलना में अधिक धाराओं की आवश्यकता होती है और यह पाया गया कि एक अतिरिक्त परत, जिसे पारदर्शी संवाहक ऑक्साइड (टीसीओ) कहा जाता है, सेल के शीर्ष पर (धातु ग्रिड के अतिरिक्त) धारा की आवाजाही को सुविधाजनक बना सकती है। ऐसा एक टीसीओ, टिन डाइऑक्साइड, अन्य उपयोगों (तापीय परावर्तक विंडो) के लिए उपलब्ध था। पीवी के लिए अधिक प्रवाहकीय बनाया गया, टिन ऑक्साइड CdTe पीवी मॉड्यूल में आदर्श बन गया और बना हुआ है।

जर्मनी में यूटिलिटी-स्केल वाल्डपोलेंज़ सोलर पार्क CdTe पीवी मॉड्यूल का उपयोग करता है

CdTe सेल ने 1992 में टीसीओ/CdS/CdTe स्टैक में एक बफर परत जोड़कर 15% से अधिक दक्षता हासिल की और फिर अधिक प्रकाश को स्वीकार करने के लिए CdS को पतला कर दिया था। चू ने बफर परत के रूप में प्रतिरोधक टिन ऑक्साइड का उपयोग किया और फिर CdS को कई सूक्ष्ममापी (माइक्रोमीटर) से आधा माइक्रोमीटर मोटाई तक पतला कर दिया गया था। मोटे CdS, जैसा कि पहले के उपकरणों में उपयोग किया गया था, लगभग 5 एमए/सेमी2 अवरुद्ध हो गई प्रकाश, या CdTe उपकरण द्वारा उपयोग करने योग्य प्रकाश का लगभग 20% है। अतिरिक्त परत ने उपकरण के अन्य गुणों से समझौता नहीं किया था।[25]

1990 के दशक के प्रारंभ में, अन्य खिलाड़ियों को मिश्रित परिणामों का अनुभव हुआ।[25]गोल्डन फोटॉन ने छिड़काव निक्षेपण तकनीक का उपयोग करके 7.7% पर एनआरईएल में मापे गए सर्वोत्तम CdTe मॉड्यूल के लिए छोटी अवधि के लिए रिकॉर्ड कायम किया था। मात्सुशिता ने सीएसएस का उपयोग करके 11% मॉड्यूल दक्षता का दावा किया और फिर प्रौद्योगिकी को छोड़ दिया था। ऐसी ही कार्यकुशलता और हश्र अंततः बीपी सोलर में हुआ था। बीपी ने वैद्युतनिक्षेपण का उपयोग किया (जब उसने मोनोसोलर के अधिग्रहणकर्ता एसओएचआईओ को खरीदा तो यह एक सर्किट मार्ग से मोनोसोलर से विरासत में मिला) था। नवंबर 2002 में बीपी सोलर ने CdTe को हटा दिया था।[26] एंटेक लगभग 7%-कुशल मॉड्यूल बनाने में सक्षम था, लेकिन 2002 में एक छोटी, तेज बाजार मंदी के दौरान व्यावसायिक रूप से उत्पादन प्रारंभ करने पर वह दिवालिया हो गया। चूंकि, 2014 तक एंटेक ने अभी भी CdTe पीवी मॉड्यूल बनाया था।[27]

CdTe स्टार्ट-अप में सम्मलित हैं टोलेडो सोलर इंक (100 मेगावाट प्रति वर्ष), कैलेक्सो[28] (पूर्व में क्यू-सेल्स के स्वामित्व में), प्राइमस्टार सोलर, अरवाडा, कोलोराडो में (जीई से फर्स्ट सोलर द्वारा अधिग्रहित),[29] uhttps://web.archive.org/web/20081013032555/http://www.lease.ey/ लीज (इटली)। एंटेक सहित, उनका कुल उत्पादन प्रति वर्ष 70 मेगावाट से कम है।[30] लेकिन, सामग्री परीक्षण और अनुसंधान के लिए स्विस संघीय प्रयोगशालाएं, लचीले सब्सट्रेट्स पर CdTe सौर सेल के विकास पर ध्यान केंद्रित करती हैं और लचीले पॉलिइमाइड और ग्लास सब्सट्रेट्स के लिए क्रमशः 13.5% और 15.6% की सेल दक्षता प्रदर्शित करती हैं।[31]


एससीआई और फर्स्ट सोलर

प्रमुख व्यावसायिक सफलता सोलर सेल्स इनकॉर्पोरेटेड (एससीआई) को मिली थी। इसके संस्थापक, हेरोल्ड मैकमास्टर ने बड़े पैमाने पर कम लागत वाली पतली फिल्मों की कल्पना की थी। अक्रिस्टलीय सिलिकन की कोशिश करने के बाद, वह जिम नोलन के आग्रह पर CdTe में स्थानांतरित हो गए और सोलर सेल्स इंक की स्थापना की, जो बाद में फर्स्ट सोलर बन गया था।[32] मैकमास्टर ने अपनी उच्च-दर, उच्च-थ्रूपुट प्रसंस्करण के लिए CdTe को चैंपियन बनाया, फरवरी 1999 में, मैकमास्टर ने कंपनी को ट्रू नॉर्थ पार्टनर्स को बेच दिया, जिन्होंने इसे फर्स्ट सोलर नाम दिया गया था।[33]

अपने प्रारंभिक वर्षों में फ़र्स्ट सोलर को असफलताओं का सामना करना पड़ा, और प्रारंभिक मॉड्यूल क्षमताएँ मामूली, लगभग 7% थीं। वाणिज्यिक उत्पाद 2002 में उपलब्ध हुआ, 2005 में उत्पादन 25 मेगावाट तक पहुंच गया था।[34] कंपनी पेरिस्बर्ग, ओहियो और जर्मनी में निर्मित करती थी।[35] 2013 में, फर्स्ट सोलर ने कंपनी में 1.8% हिस्सेदारी के बदले में जीई की पतली फिल्म सौर पैनल तकनीक का अधिग्रहण किया था।[36] अभीतक, फर्स्ट सोलर 2016 में 16.4% की औसत मॉड्यूल दक्षता के साथ 3 गीगावाट से अधिक का उत्पादन करता है।[37]

फर्स्ट सोलर विशेष रूप से CdTe के निक्षेपण के लिए सीएसएस (बंद स्थान उर्ध्वपातन) के बदले में उच्च दर वाष्प परिवहन निक्षेपण प्रक्रिया का उपयोग करता है। यह एक प्रकार का भौतिक वाष्प निक्षेपण है जहां CdTe को पहले ऊर्ध्वप्रवाह क्षेत्र में उर्ध्वपातित किया जाता है। फिर, Cd और Te2 गैसें ठंडे अनुप्रवाह क्षेत्र में बहती हैं जहां वे ठोस CdTe बनाने के लिए सब्सट्रेट पर संघनित होती हैं।[38] इस प्रक्रिया को सीएसएस की तुलना में प्राथमिकता दी जाती है क्योंकि यह अधिक एकरूपता वाली फिल्में बनाती है और सब्सट्रेट के किसी भी संरूपण पर निक्षेपण की अनुमति देती है।[39]


प्रौद्योगिकी

सेल दक्षता

सौर सेल दक्षता

अगस्त 2014 में फर्स्ट सोलर ने 21.1% सोलर सेल दक्षता वाले एक उपकरण की घोषणा की थी।[40] फरवरी 2016 में, फर्स्ट सोलर ने घोषणा की कि वे अपने CdTe सेल में रिकॉर्ड 22.1% रूपांतरण दक्षता तक पहुंच गए हैं। 2014 में, फर्स्ट सोलर द्वारा रिकॉर्ड मॉड्यूल दक्षता को भी 16.1% से बढ़ाकर 17.0% कर दिया गया था।[41] इस समय, कंपनी ने 2017 तक अपने CdTe पीवी के लिए औसत उत्पादन लाइन मॉड्यूल दक्षता 17% होने का अनुमान लगाया था, लेकिन 2016 तक, उन्होंने मॉड्यूल दक्षता ~19.5% के करीब होने की भविष्यवाणी की थी।[42][43]

22% की इन रिकॉर्ड उच्च दक्षताओं तक पहुंचने के लिए, बैंड अंतराल ग्रेडिंग के लिए मिश्रधातु का उपयोग किया जाता है। CdTe में सेलेनियम को सम्मलित करने वाले एक यौगिक का उपयोग सौर सेल में अमिश्रित CdTe के अतिरिक्त, प्रकाश की कुछ तरंग दैर्ध्य के लिए क्वांटम दक्षता प्रतिक्रिया में सुधार करने के लिए किया जाता है।[44] दक्षता में इस बड़ी वृद्धि में अन्य प्रमुख योगदानकर्ता सेल के अंदर MgZnO (MZO) का उपयोग हुआ है। CdSe का उपयोग करके किसी सेल मेंx1−x/CdTe संरचना, CdS के स्थान पर एमजेडओ का उपयोग किया जा सकता है। CdS अकुशल अवशोषण का स्रोत है, जबकि एमजेडओ में एक ट्यून करने योग्य बैंड अंतराल है जिसे CdSexTe1−x के साथ उच्च पारदर्शिता और अच्छे संरेखण के लिए अनुकूलित किया जा सकता है।[45]

प्रक्रिया अनुकूलन

प्रक्रिया अनुकूलन से थ्रूपुट में सुधार हुआ और लागत कम हुई है। सुधारों में व्यापक सब्सट्रेट (सामग्री विज्ञान) (चूंकि पूंजीगत लागत सूक्ष्म रूप से बढ़ती है और स्थापना लागत कम की जा सकती है), पतली परतें (सामग्री, बिजली और प्रसंस्करण समय बचाने के लिए), और बेहतर सामग्री उपयोग (सामग्री और सफाई लागत बचाने के लिए) सम्मलित हैं। 2014 CdTe मॉड्यूल की लागत लगभग $72 प्रति 1 square metre (11 sq ft),[46] या लगभग $90 प्रति मॉड्यूल थी।[citation needed]

परिवेशी तापमान

मॉड्यूल दक्षताओं को प्रयोगशालाओं में 25 डिग्री सेल्सियस के मानक परीक्षण तापमान पर मापा जाता है, चूंकि क्षेत्र में मॉड्यूल अधिकांशत: बहुत अधिक तापमान के संपर्क में आते हैं। CdTe का अपेक्षाकृत कम तापमान गुणांक उच्च तापमान पर प्रदर्शन की रक्षा करता है।[47][48][49] CdTe पीवी मॉड्यूल में क्रिस्टलीय सिलिकॉन मॉड्यूल की आधी कमी का अनुभव होता है, जिसके परिणामस्वरूप वार्षिक ऊर्जा उत्पादन में 5-9% की वृद्धि होती है।[50]

सौर अनुवर्तन

अब तक की लगभग सभी पतली फिल्म फोटोवोल्टिक मॉड्यूल प्रणालियाँ गैर-सौर अनुपथक रही हैं, क्योंकि अनुपथक पूंजी और परिचालन लागत की भरपाई के लिए मॉड्यूल निर्गम बहुत कम था। लेकिन अपेक्षाकृत सस्ते एकल-अक्ष अनुपथक प्रणाली प्रति स्थापित वाट 25% निर्गम जोड़ सकते हैं।[51] इसके अतिरिक्त, अनुपथक एनर्जी गेन के आधार पर, प्रणाली लागत और पर्यावरणीय प्रभाव दोनों को कम करके पीवी प्रणाली की समग्र पर्यावरण-दक्षता को बढ़ाया जा सकता है।[52] यह जलवायु पर निर्भर है। अनुपथक दोपहर के आसपास एक सहज निर्गम अधित्यका भी तैयार करती है, जो दोपहर की अधिकतम धूप से बेहतर मेल खाता है।

सामग्री

कैडमियम

कैडमियम (Cd), एक जहरीली भारी धातु है जिसे खतरनाक पदार्थ माना जाता है, जिंक शोधन के दौरान जिंक के सल्फाइडिक अयस्कों के खनन, गलाने और शोधन का एक अपशिष्ट उपोत्पाद है, और इसलिए इसका उत्पादन पीवी बाजार की मांग पर निर्भर नहीं करता है। CdTe पीवी मॉड्यूल कैडमियम के लिए लाभकारी और सुरक्षित उपयोग प्रदान करते हैं जिसे अन्यथा भविष्य में उपयोग के लिए संग्रहीत किया जाएगा या खतरनाक अपशिष्ट के रूप में लैंडफिल में निपटाया जाएगा। खनन उपोत्पादों को एक स्थिर CdTe यौगिक में परिवर्तित किया जा सकता है और वर्षों तक CdTe पीवी सौर मॉड्यूल के अंदर सुरक्षित रूप से रखा जा सकता है। CdTe पीवी क्षेत्र में बड़ी वृद्धि से कोयला और तेल बिजली उत्पादन को विस्थापित करके वैश्विक कैडमियम उत्सर्जन को कम करने की क्षमता है।[53]

टेल्यूरियम

टेल्यूरियम (Te) उत्पादन और भंडार अनुमान अनिश्चितता के अधीन हैं और काफी भिन्न हैं। टेल्यूरियम एक दुर्लभ, हल्का विषैला उपधातु है जिसका उपयोग मुख्य रूप से इस्पात में मशीनिंग योज्य के रूप में किया जाता है। Te लगभग विशेष रूप से तांबे के शोधन के उप-उत्पाद के रूप में प्राप्त किया जाता है, जिसमें थोड़ी मात्रा लेड और सोने के उत्पादन से प्राप्त होती है। केवल एक छोटी मात्रा, लगभग 800 मीट्रिक टन होने का अनुमान है।[54] यूएसजीएस के अनुसार, 2007 में वैश्विक उत्पादन 135 मीट्रिक टन था।[55] CdTe पीवी मॉड्यूल के एक गीगावाट (जीडब्ल्यू) के लिए लगभग 93 मीट्रिक टन (वर्तमान क्षमता और मोटाई पर) की आवश्यकता होगी।[56] बेहतर सामग्री दक्षता और बढ़ी हुई पीवी पुनर्चक्रण के माध्यम से, CdTe पीवी उद्योग में 2038 तक पुनर्नवीनीकृत एंड-ऑफ-लाइफ मॉड्यूल से टेल्यूरियम पर पूरी तरह से भरोसा करने की क्षमता है।[57] पिछले दशक में[when?], नई आपूर्तियाँ स्थापित की गई हैं, उदाहरण के लिए, शिन्जू, चीन में[58] साथ ही मेक्सिको और स्वीडन में भी है।[59] 1984 में खगोल भौतिकीविदों ने टेल्यूरियम को ब्रह्मांड के सबसे प्रचुर तत्व के रूप में पहचाना, जिसकी परमाणु संख्या 40 से अधिक थी।[60][61] समुद्र के नीचे की कुछ उभाड़ टेल्यूरियम से समृद्ध हैं।[61][62]

कैडमियम क्लोराइड/मैग्नीशियम क्लोराइड

CdTe सेल के निर्माण में कैडमियम क्लोराइड के साथ एक पतली विलेप (कोटिंग) सम्मलित होती है (CdCl
2) सेल की समग्र दक्षता बढ़ाने के लिए कैडमियम क्लोराइड विषैला, अपेक्षाकृत महंगा और पानी में अत्यधिक घुलनशील है, जो निर्माण के दौरान संभावित पर्यावरणीय खतरा पैदा करता है। 2014 में शोध से पता चला कि प्रचुर मात्रा में और हानिरहित मैग्नीशियम क्लोराइड (MgCl
2) कैडमियम क्लोराइड के समान ही कार्य करता है। इस शोध से CdTe सेल सस्ती और सुरक्षित हो सकती हैं।[63][64]

सुरक्षा

अपने आप में, कैडमियम और टेल्यूरियम विषैले और कार्सिनोजेनिक होते हैं, लेकिन CdTe एक क्रिस्टलीय जाली बनाता है जो अत्यधिक स्थिर होता है, और कैडमियम की तुलना में कई गुना कम विषैला होता है।[65] CdTe सामग्री के चारों ओर लगी कांच की प्लेटें (जैसा कि सभी वाणिज्यिक मॉड्यूल में होता है) आग के दौरान सील हो जाती हैं और जब तक कांच टूट न जाए तब तक किसी भी कैडमियम को निकलने की अनुमति नहीं देती हैं।[66][67] कैडमियम से संबंधित अन्य सभी उपयोग और प्रभावन मामूली हैं और व्यापक पीवी मूल्य श्रृंखला में अन्य सामग्रियों से प्रभावन के प्रकार और परिमाण में समान हैं, उदाहरण के लिए, विषाक्त गैसों, लेड सोल्डर, या सॉल्वैंट्स है (जिनमें से अधिकतर CdTe विनिर्माण में उपयोग नहीं किए जाते हैं)।[68][69]

ग्रेन परिसीमा

ग्रेन परिसीमा एक क्रिस्टलीय सामग्री के दो ग्रेनों के बीच का अंतरापृष्ठ है और यह तब होता है जब दो ग्रेन मिलते हैं। ये एक प्रकार के क्रिस्टलीय दोष हैं। अधिकांशत: यह माना जाता है कि एकल-क्रिस्टल GaAs और सैद्धांतिक सीमा दोनों की तुलना में CdTe में देखा गया विवृत परिपथ वोल्टेज गैप किसी तरह से सामग्री के अंदर ग्रेन की सीमाओं के कारण हो सकता है। चूंकि ऐसे कई अध्ययन हुए हैं जिन्होंने न केवल सुझाव दिया है कि जीबी प्रदर्शन के लिए हानिकारक नहीं हैं बल्कि वास्तव में उन्नत वाहक संग्रह के स्रोत के रूप में फायदेमंद हो सकते हैं। इसलिए, CdTe-आधारित सौर सेल के प्रदर्शन की सीमा में ग्रेन की सीमाओं की सटीक भूमिका अस्पष्ट बनी हुई है और इस प्रश्न का समाधान करने के लिए शोध जारी है। चूंकि, विकसित CdTe में, ग्रेन की सीमाएँ प्रदर्शन के लिए हानिकारक हैं। बाद की प्रक्रिया से इसमें बदलाव आ सकता है, लेकिन उन प्रभावों का अध्ययन स्थिति-दर-स्थिति आधार पर किया जाना चाहिए।[70]

ग्रेन का आकार, और इस प्रकार, CdTe फिल्म में ग्रेन की सीमाओं की संख्या फिल्म निक्षेपण के दौरान सब्सट्रेट तापमान पर निर्भर होती है। सब्सट्रेट का तापमान जितना अधिक होगा, ग्रेन का आकार उतना बड़ा होगा, और फिल्म में ग्रेन की सीमाओं की संख्या उतनी ही कम होगी। यदि निक्षेपण के दौरान कम सब्सट्रेट तापमान का उपयोग किया जाता है, तो फिल्म पर CdCl2 विवृत करके और बाद में तापनुशीलन करके ग्रेन का आकार सामान्यत: बढ़ाया जाता है। यह एक महत्वपूर्ण प्रसंस्करण कदम है, क्योंकि कम तापमान पर विवृत सेल जिनमें इस चरण की कमी होती है वे 10% से ऊपर रूपांतरण क्षमता तक पहुंचने में असमर्थ होती हैं।[45]

पुनर्चक्रण

फोटोवोल्टिक मॉड्यूल 25 से 30 साल तक कहीं भी चल सकते हैं। पीवी मॉड्यूल के अनुचित निपटान से पर्यावरण में विषाक्त पदार्थ निकल सकते हैं।[71] 2013 तक पतली-फिल्म पीवी मॉड्यूल के लिए उच्च-मूल्य पुनर्चक्रण के केवल तीन तरीके औद्योगिक रूप से उपलब्ध हैं। एसईएनएसई (SENSE) (सौर ऊर्जा प्रणालियों का स्थिरता मूल्यांकन) और आरईएसओएलवीईडी (RESOLVED) (सौर मूल्यवान सामग्रियों की पुनर्प्राप्ति, संवर्धन और परिशोधन) यूरोपीय वित्त पोषित प्रक्रियाएं हैं। SENSE यांत्रिक, रासायनिक और थर्मल अनुकूलन पर निर्भर करता है। रिज़ॉल्व्ड मुख्य रूप से यांत्रिक अनुकूलन पर निर्भर करता है। अंतिम विधि, फर्स्ट सोलर, यांत्रिक और रासायनिक प्रक्रियाओं पर निर्भर करती है। पुनर्चक्रण के यांत्रिक तरीके अधिक पर्यावरण के अनुकूल हैं क्योंकि वे रसायनों के उपयोग पर निर्भर नहीं होते हैं।[71]

जिन सामग्रियों को पुनर्चक्रण प्रक्रिया में पुनर्प्राप्त किया जा सकता है उनमें धातु, माउंट, ग्लास और, उच्च मूल्य के स्थिति में, संपूर्ण पीवी मॉड्यूल सम्मलित हैं।[72]

2013 तक CdTe मॉड्यूल की पुनर्चक्रण लागत पुनर्चक्रित सामग्रियों की पुनः बिक्री की तुलना में अधिक है। चूंकि, संभावित भविष्य की पुनर्चक्रण विधियों से महंगी और पर्यावरण के अनुकूल प्रक्रियाओं में कमी के माध्यम से लागत में कमी आ सकती है।[71]भविष्य की पुनर्चक्रण विधियों में वल्कनीकरण-वैक्यूम आसवन और डबल ग्रीन प्रक्रिया सम्मलित हैं। टेल्यूरियम प्राप्त करने के लिए वल्कनीकरण-वैक्यूम आसवन को एक संभावित पुनर्चक्रण प्रक्रिया के रूप में सुझाया गया है और 99.92% तक शुद्धता के साथ Te को पुनर्प्राप्त कर सकता है।[73] डबल ग्रीन प्रक्रिया में लगभग पूरी तरह से यांत्रिक प्रक्रियाएँ सम्मलित हैं।[74] फोटोवोल्टिक्स की तीव्र वृद्धि के कारण दुनिया भर में स्थापित पीवी प्रणालियों की संख्या में उल्लेखनीय वृद्धि हुई है। फर्स्ट सोलर ने 2005 में पीवी उद्योग में पहला वैश्विक और व्यापक पुनर्चक्रण कार्यक्रम स्थापित किया गया था। इसकी पुनर्चक्रण सुविधाएं फर्स्ट सोलर के प्रत्येक विनिर्माण संयंत्र में संचालित होती हैं और नए मॉड्यूल में पुन: उपयोग के लिए 95% सेमीकंडक्टर सामग्री और 90% ग्लास को पुन: उपयोग के लिए पुनर्प्राप्त करती हैं। नए ग्लास उत्पाद[75][76] स्टटगार्ट विश्वविद्यालय द्वारा CdTe मॉड्यूल पुनर्चक्रण के जीवन-चक्र मूल्यांकन में जीवन के अंत में प्राथमिक ऊर्जा मांग में 81 एमजे/एम2 से -12 एमजे/एम2,कमी देखी गई है। लगभग 93 एमजे/एम2 की कमी, और 6 किलो CO2 से ग्लोबल वार्मिंग क्षमता के संदर्भ में-इक्विव./एम2 -2.5 CO2 -इक्विव./एम2, लगभग -8.5 CO2 -इक्विव./एम2 की कमी है। ये कटौती CdTe फोटोवोल्टिक मॉड्यूल के समग्र पर्यावरणीय प्रोफ़ाइल में अत्यधिक लाभकारी परिवर्तन दिखाती है। एलसीए ने यह भी दिखाया कि पर्यावरणीय प्रभाव श्रेणियों में मुख्य योगदानकर्ता CdTe मॉड्यूल के प्रसंस्करण के अंदर आवश्यक रसायनों और ऊर्जा के कारण हैं।[77]

पर्यावरण और स्वास्थ्य पर प्रभाव

राष्ट्रीय पवन प्रौद्योगिकी केंद्र (एनडब्ल्यूटीसी) में चल रहे ऊर्जा प्रणाली एकीकरण अनुसंधान के हिस्से के रूप में उपयोग की जाने वाली एक छोटी पीवी सरणी

फोटोवोल्टिक्स जीवाश्म ईंधन के कारण होने वाले विषाक्त उत्सर्जन और प्रदूषण को कम करने में सहायता कर सकता है।[71]जीवाश्म ईंधन से उत्सर्जन जो वैश्विक जलवायु को प्रभावित करता है जैसे NOx (NOx), कार्बन डाईऑक्साइड (CO2) और सल्फर डाइऑक्साइड (SO2) पीवी से उत्सर्जित नहीं होता हैं। कोयले की तुलना में पीवी से उत्पादित एक गीगावाट-घंटे की बिजली से SO2 के उत्सर्जन में 10 टन, NOx में 4 टन और CO2 में 1000 टन की कमी आएगी।[78]

कैडमियम टेलुराइड फोटोवोल्टिक सेल का श्रमिकों और पारिस्थितिकी तंत्र दोनों पर नकारात्मक प्रभाव पड़ता है।[79] जब CdTe सेल की सामग्री को साँस के साथ अंदर लिया जाता है तो उसे अमेरिकी व्यावसायिक सुरक्षा और स्वास्थ्य प्रशासन द्वारा विषाक्त और कैंसरकारी दोनों माना जाता है। प्रसंस्करण सुविधाओं में काम करने वाले कर्मचारी Cd के बारीक कणों या धुएं के संपर्क में आ सकते हैं और उन्हें सांस के जरिए अंदर ले सकते हैं।[78]

CdTe उत्पादन सुविधाएं पर्यावरणीय समस्याओं का कारण बन सकती हैं जब उच्च दक्षता वाले उत्पादन में या कम कुशल उत्पादन विधियों में उप-उत्पाद निकास से दुर्घटनाएं होती हैं।[78]

यदि उद्देश्य के अनुसार उपयोग किया जाए तो मॉड्यूल के जीवनकाल के दौरान यह कोई कण या वाष्प नहीं छोड़ेगा। एक पूर्ण मॉड्यूल के लिए धूल या वाष्प छोड़ने का एकमात्र तरीका प्रज्वलित किया जाना है, या बारीक धूल में पीसना है। प्रयोगशाला परीक्षणों में लगभग 1100 डिग्री सेल्सियस के तापमान के संपर्क में आने पर, 0.4% से 0.6% Cd सामग्री स्रावित हुई है।[72]

समग्र Cd वायु उत्सर्जन अनुमान 0.02 से 0.5 ग्राम प्रति गीगावाट-घंटा तक हो सकता है।[72]

आरंभिक CdTe मॉड्यूल निक्षालन परीक्षणों में विफल रहे, चूंकि हाल के मॉडल कुछ निक्षालन परीक्षण पास कर सकते हैं। Cd की थोड़ी मात्रा के रिसाव के बावजूद, CdTe मॉड्यूल में समग्र रिसाव क्षमता कम होती है क्योंकि उनके अंदर की खतरनाक सामग्री कांच की दो परतों के अंदर बंद होती है। CdTe मॉड्यूल में बहुत खराब बायोडिग्रेडेबिलिटी होती है।[72]

बाज़ार व्यवहार्यता

विश्व के सबसे बड़े पीवी पावर स्टेशनों की सूची थी।

कैडमियम टेलुराइड पीवी की सफलता CdTe प्रौद्योगिकी के साथ प्राप्त होने वाली कम लागत के कारण हुई है, जो कम मॉड्यूल क्षेत्र लागत के साथ पर्याप्त दक्षता के संयोजन से संभव हुई है। CdTe पीवी मॉड्यूल के लिए प्रत्यक्ष विनिर्माण लागत 2013 में $0.57 प्रति वाट तक पहुंच गई थी।[80] और 2008 में प्रति नई वाट क्षमता की पूंजी लागत लगभग $0.9 प्रति वाट (भूमि और भवन सहित) थी।[81]

उल्लेखनीय प्रणालियाँ

दावा किया गया था कि उपयोगिता पैमाने पर CdTe पीवी समाधान विकिरण स्तर, ब्याज दरों और विकास लागत जैसे अन्य कारकों के आधार पर चरम जीवाश्म ईंधन उत्पादन स्रोतों के साथ प्रतिस्पर्धा करने में सक्षम होंगे।[82] बड़े फर्स्ट सोलर CdTe पीवी प्रणाली की हाल की स्थापनाओं को सौर ऊर्जा के अन्य रूपों के साथ प्रतिस्पर्धी होने का दावा किया गया था:

  • एरिज़ोना में फर्स्ट सोलर का 290-मेगावाट (मेगावाट) सौर गर्म जल परियोजना अब तक निर्मित सबसे बड़े फोटोवोल्टिक पावर स्टेशन में से एक है। अगुआ कैलिएंट में फर्स्ट सोलर के संयंत्र नियंत्रण, पूर्वानुमान और ऊर्जा शेड्यूलिंग क्षमताएं हैं जो ग्रिड विश्वसनीयता और स्थिरता में योगदान करती हैं।[83][84][unreliable source?]
  • कैलिफ़ोर्निया में 550 मेगावाट का टोपैज सौर फार्म, नवंबर 2014 में निर्माण पूरा हुआ और उस समय यह दुनिया का सबसे बड़ा सौर फार्म था।[85]
  • दुबई में फर्स्ट सोलर की 13 मेगावाट की परियोजना, दुबई बिजली और जल प्राधिकरण द्वारा संचालित, मोहम्मद बिन राशिद अल मकतूम सोलर पार्क का पहला हिस्सा है, और 2013 में पूरा होने के समय यह क्षेत्र का सबसे बड़ा पीवी बिजली संयंत्र था।[86]
  • जर्मनी के वाल्डपोलेंज़ सोलर पार्क में जुवी समूह द्वारा स्थापित 40 मेगावाट की प्रणाली, 2007 में इसकी घोषणा के समय, दुनिया की सबसे बड़ी और सबसे कम लागत वाली नियोजित पीवी प्रणाली थी। इसकी कीमत 130 लाख यूरो थी।[87]
  • टेम्पलिन, ब्रांडेनबर्ग, जर्मनी में बीइलेक्ट्रिक द्वारा स्थापित 128 MWp प्रणाली यूरोप में वर्तमान सबसे बड़ी पतली-फिल्म पीवी स्थापना है (जनवरी 2015 तक)।[88]
  • कैलिफ़ोर्निया में 21 मेगावाट बेलीथ फोटोवोल्टिक पावर प्लांट के लिए, एक बिजली खरीद समझौते ने उत्पन्न बिजली की कीमत $0.12 प्रति kWh (सभी प्रोत्साहनों के आवेदन के बाद) तय की है।[89] कैलिफ़ोर्निया में इसे "बाज़ार संदर्भित मूल्य" के रूप में परिभाषित किया गया है, यह वह मूल्य निर्धारित करता है जो पीयूसी किसी भी दिन के चरम बिजली स्रोत, उदाहरण के लिए, प्राकृतिक गैस के लिए भुगतान करेगा। यद्यपि पीवी सिस्टम रुक-रुक कर होते हैं और प्राकृतिक गैस की तरह प्रेषण योग्य नहीं होते हैं, प्राकृतिक गैस जनरेटर में ईंधन मूल्य जोखिम जारी रहता है जो पीवी के पास नहीं होता है।
  • दक्षिणी कैलिफ़ोर्निया एडिसन के साथ दो मेगावाट की छत के ऊपर स्थापना के लिए एक अनुबंध, एससीई कार्यक्रम को प्रोत्साहन के बाद $875 मिलियन (औसतन $3.5/वाट) की कुल लागत पर 250 मेगावाट स्थापित करने के लिए अभिकल्पित किया गया है।[90]


यह भी देखें

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अग्रिम पठन

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