सौर सेल एक प्रकार के फोटोइलेक्ट्रिक तत्व हैं जो ऊर्जा को परिवर्तित कर सकते हैं। इनकी मूल संरचना पी-प्रकार और एन-प्रकार अर्धचालकों के संयोजन से बनती है। अर्धचालकों का सबसे बुनियादी पदार्थ "सिलिकॉन" है, जो गैर-प्रवाहकीय है। हालाँकि, यदि अर्धचालकों में विभिन्न अशुद्धियाँ मिलाई जाती हैं, तो पी-प्रकार और एन-प्रकार अर्धचालक बनाए जा सकते हैं। फिर, एक छेद वाले पी-प्रकार अर्धचालक (पी-प्रकार अर्धचालक में एक नकारात्मक चार्ज इलेक्ट्रॉन की कमी होती है, जिसे एक अतिरिक्त सकारात्मक चार्ज के रूप में माना जा सकता है) और एक अतिरिक्त मुक्त इलेक्ट्रॉन वाले एन-प्रकार अर्धचालक के बीच संभावित अंतर का उपयोग किया जाता है करंट उत्पन्न करें. इसलिए, जब सूरज की रोशनी चमकती है, तो प्रकाश ऊर्जा सिलिकॉन परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित करती है, और इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों का संवहन पैदा करती है। ये इलेक्ट्रॉन और छेद अंतर्निहित क्षमता से प्रभावित होते हैं और क्रमशः एन-प्रकार और पी-प्रकार अर्धचालकों द्वारा आकर्षित होते हैं, और दोनों सिरों पर इकट्ठा होते हैं। इस समय, यदि सर्किट बनाने के लिए बाहरी हिस्से को इलेक्ट्रोड से जोड़ा जाता है, तो यह सौर सेल बिजली उत्पादन का सिद्धांत है।
सौर कोशिकाओं को उनके क्रिस्टल अवस्था के अनुसार दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: क्रिस्टलीय पतली फिल्म प्रकार और गैर-क्रिस्टलीय पतली फिल्म प्रकार (इसके बाद ए- के रूप में संदर्भित), और पूर्व को एकल क्रिस्टल प्रकार और पॉलीक्रिस्टलाइन प्रकार में विभाजित किया गया है।
सामग्री के अनुसार, उन्हें सिलिकॉन पतली फिल्म प्रकार, यौगिक अर्धचालक पतली फिल्म प्रकार और कार्बनिक फिल्म प्रकार में विभाजित किया जा सकता है, और मिश्रित अर्धचालक पतली फिल्म प्रकार को गैर-क्रिस्टलीय प्रकार (ए-सी: एच, ए-सी:) में विभाजित किया गया है। H:F, a-SixGel-x:H, आदि), IIIV समूह (GaAs, InP, आदि), IIVI समूह (Cds श्रृंखला) और जिंक फॉस्फाइड (Zn3p2), आदि।
उपयोग की जाने वाली विभिन्न सामग्रियों के अनुसार, सौर कोशिकाओं को भी विभाजित किया जा सकता है: सिलिकॉन सौर सेल, बहु-मिश्रित पतली फिल्म सौर सेल, बहुलक बहुपरत संशोधित इलेक्ट्रोड सौर सेल, नैनोक्रिस्टलाइन सौर सेल, कार्बनिक सौर सेल, प्लास्टिक सौर सेल, जिनमें से सिलिकॉन सौर कोशिकाएँ सबसे अधिक परिपक्व होती हैं और अनुप्रयोगों में हावी होती हैं।
1. सिलिकॉन सौर सेल
सिलिकॉन सौर सेल को तीन प्रकारों में विभाजित किया गया है: एकल क्रिस्टल सिलिकॉन सौर सेल, पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन पतली फिल्म सौर सेल और अनाकार सिलिकॉन पतली फिल्म सौर सेल।
(1) एकल क्रिस्टल सिलिकॉन सौर कोशिकाओं में उच्चतम रूपांतरण दक्षता और सबसे परिपक्व तकनीक है। प्रयोगशाला में उच्चतम रूपांतरण दक्षता 24.7% है, और बड़े पैमाने पर उत्पादन में दक्षता 15% है (2011 तक, यह 18% है)। यह अभी भी बड़े पैमाने पर अनुप्रयोगों और औद्योगिक उत्पादन में एक प्रमुख स्थान रखता है, लेकिन एकल-क्रिस्टलीय सिलिकॉन की उच्च लागत के कारण, इसकी लागत को काफी कम करना मुश्किल है। सिलिकॉन सामग्री को बचाने के लिए, पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन पतली फिल्म और अनाकार सिलिकॉन पतली फिल्म को एकल-क्रिस्टलीय सिलिकॉन सौर कोशिकाओं के विकल्प के रूप में विकसित किया गया है।
(2) एकल-क्रिस्टलीय सिलिकॉन की तुलना में, पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन पतली फिल्म सौर कोशिकाएं अनाकार सिलिकॉन पतली फिल्म कोशिकाओं की तुलना में सस्ती और अधिक कुशल हैं। इसकी उच्चतम प्रयोगशाला रूपांतरण दक्षता 18% है, और औद्योगिक पैमाने के उत्पादन की रूपांतरण दक्षता 10% है (2011 तक, यह 17%) है। इसलिए, पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन पतली फिल्म कोशिकाएं जल्द ही सौर सेल बाजार में एक प्रमुख स्थान पर कब्जा कर लेंगी।
(3) अनाकार सिलिकॉन पतली फिल्म सौर सेल लागत में कम और वजन में हल्के, उच्च रूपांतरण दक्षता, बड़े पैमाने पर उत्पादन में आसान और बड़ी क्षमता वाले होते हैं। हालाँकि, इसकी सामग्री के कारण होने वाले फोटोइलेक्ट्रिक दक्षता क्षय प्रभाव के कारण, इसकी स्थिरता अधिक नहीं है, जो सीधे इसके व्यावहारिक अनुप्रयोग को प्रभावित करती है। यदि स्थिरता की समस्या को और हल किया जा सकता है और रूपांतरण दर की समस्या में सुधार किया जा सकता है, तो अनाकार सिलिकॉन सौर सेल निस्संदेह सौर कोशिकाओं के मुख्य विकास उत्पादों में से एक होंगे।
2. क्रिस्टलीय पतली फिल्म सौर सेल
पॉलीक्रिस्टलाइन पतली फिल्म कोशिकाएं कैडमियम सल्फाइड और कैडमियम टेलुराइड पॉलीक्रिस्टलाइन पतली फिल्म कोशिकाएं अनाकार सिलिकॉन पतली फिल्म सौर कोशिकाओं की तुलना में अधिक कुशल हैं, मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन कोशिकाओं की तुलना में सस्ती हैं, और बड़े पैमाने पर उत्पादन करना आसान है। हालाँकि, कैडमियम अत्यधिक विषैला होता है और गंभीर पर्यावरण प्रदूषण का कारण बनेगा। इसलिए, यह क्रिस्टलीय सिलिकॉन सौर कोशिकाओं का सबसे आदर्श विकल्प नहीं है।
गैलियम आर्सेनाइड (GaAs) III-V यौगिक कोशिकाओं की रूपांतरण दक्षता 28% तक पहुँच सकती है। GaAs यौगिक सामग्रियों में एक बहुत ही आदर्श ऑप्टिकल बैंड गैप और उच्च अवशोषण दक्षता, मजबूत विकिरण प्रतिरोध होता है, और गर्मी के प्रति असंवेदनशील होते हैं। वे उच्च दक्षता वाली सिंगल-जंक्शन कोशिकाओं के निर्माण के लिए उपयुक्त हैं। हालाँकि, GaAs सामग्रियों की कीमत अधिक है, जो GaAs कोशिकाओं की लोकप्रियता को काफी हद तक सीमित कर देती है।
कॉपर इंडियम सेलेनाइड पतली फिल्म कोशिकाएं (संक्षेप में सीआईएस) फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण के लिए उपयुक्त हैं, इनमें प्रकाश-प्रेरित गिरावट की समस्या नहीं है, और पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन के समान रूपांतरण दक्षता है। कम कीमत, अच्छे प्रदर्शन और सरल प्रक्रिया के फायदे के साथ, यह भविष्य में सौर कोशिकाओं के विकास के लिए एक महत्वपूर्ण दिशा बन जाएगी। एकमात्र समस्या सामग्री का स्रोत है। चूंकि इंडियम और सेलेनियम अपेक्षाकृत दुर्लभ तत्व हैं, इसलिए इस प्रकार की बैटरी का विकास अनिवार्य रूप से सीमित है।
3. कार्बनिक बहुलक सौर सेल
अकार्बनिक सामग्रियों को कार्बनिक पॉलिमर से बदलना सौर सेल निर्माण के लिए एक नव विकसित अनुसंधान दिशा है। अच्छे लचीलेपन, आसान उत्पादन, विस्तृत सामग्री स्रोतों और जैविक सामग्री की कम लागत के फायदों के कारण, सौर ऊर्जा के बड़े पैमाने पर उपयोग और सस्ती बिजली के प्रावधान का बहुत महत्व है। हालाँकि, कार्बनिक पदार्थों से सौर सेल तैयार करने पर शोध अभी शुरू हुआ है। क्या इसे व्यावहारिक महत्व वाले उत्पाद के रूप में विकसित किया जा सकता है, इस पर अभी और अध्ययन और अन्वेषण किया जाना बाकी है।
4. नैनोक्रिस्टलाइन सौर सेल
नैनोक्रिस्टलाइन सौर सेल नव विकसित हैं। उनके फायदे उनकी कम लागत, सरल प्रक्रिया और स्थिर प्रदर्शन हैं। उनकी फोटोइलेक्ट्रिक दक्षता 10% से अधिक पर स्थिर है, और उत्पादन लागत सिलिकॉन सौर कोशिकाओं का केवल 1/5 से 1/10 है। जीवन काल 20 वर्ष से अधिक तक पहुँच सकता है। ऐसी बैटरियों का अनुसंधान और विकास अभी शुरू हुआ है, और वे निकट भविष्य में धीरे-धीरे बाजार में प्रवेश करेंगे।