ફોટોવોટિક્સ શું છે?

ઉપરનો આકૃતિ મૂળભૂત ફોટોવોલ્ટેઇક કોષની કામગીરીને દર્શાવે છે, જેને સૌર કોષ પણ કહેવાય છે. સૌર કોષો એ જ પ્રકારની સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રીઓથી બનેલા છે, જેમ કે સિલિકોન, જેનો ઉપયોગ માઇક્રોઇલેક્ટ્રોનિક્સ ઉદ્યોગમાં થાય છે. સૌર કોષો માટે, એક પાતળી સેમિકન્ડક્ટર વેફરને ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ બનાવવા માટે ખાસ સારવાર આપવામાં આવે છે, જે એક બાજુ હકારાત્મક અને બીજી બાજુ નકારાત્મક હોય છે. જ્યારે પ્રકાશ ઉર્જા સૌર કોષ પર પ્રહાર કરે છે, ત્યારે સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રીમાંના અણુઓમાંથી ઇલેક્ટ્રોન છૂટા પડી જાય છે. જો વિદ્યુત વાહક સકારાત્મક અને નકારાત્મક બાજુઓ સાથે જોડાયેલા હોય, વિદ્યુત સર્કિટ બનાવે છે, તો ઈલેક્ટ્રોનને વિદ્યુત પ્રવાહના રૂપમાં કેપ્ચર કરી શકાય છે - એટલે કે વીજળી. આ વીજળીનો ઉપયોગ પછી પ્રકાશ અથવા સાધન જેવા લોડને પાવર કરવા માટે થઈ શકે છે.

સંખ્યાબંધ સૌર કોષો વિદ્યુત રીતે એકબીજા સાથે જોડાયેલા હોય છે અને સપોર્ટ સ્ટ્રક્ચર અથવા ફ્રેમમાં માઉન્ટ થયેલ હોય છે તેને ફોટોવોલ્ટેઇક મોડ્યુલ કહેવામાં આવે છે. મોડ્યુલો ચોક્કસ વોલ્ટેજ પર વીજળી સપ્લાય કરવા માટે ડિઝાઇન કરવામાં આવ્યા છે, જેમ કે સામાન્ય 12 વોલ્ટ સિસ્ટમ. ઉત્પાદિત વર્તમાન એ મોડ્યુલને કેટલો પ્રકાશ અથડાવે છે તેના પર સીધો આધાર રાખે છે.

આજના સૌથી સામાન્ય PV ઉપકરણો પીવી સેલ જેવા સેમિકન્ડક્ટરની અંદર ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ બનાવવા માટે એક જંકશન અથવા ઇન્ટરફેસનો ઉપયોગ કરે છે. સિંગલ-જંકશન પીવી સેલમાં, માત્ર ફોટોન કે જેની ઉર્જા કોષની સામગ્રીના બેન્ડ ગેપ જેટલી અથવા તેનાથી વધુ હોય તે ઇલેક્ટ્રિક સર્કિટ માટે ઇલેક્ટ્રોનને મુક્ત કરી શકે છે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, સિંગલ-જંકશન કોશિકાઓનો ફોટોવોલ્ટેઇક પ્રતિભાવ સૂર્યના સ્પેક્ટ્રમના તે ભાગ સુધી મર્યાદિત છે જેની ઉર્જા શોષક સામગ્રીના બેન્ડ ગેપની ઉપર હોય છે અને ઓછી ઉર્જાવાળા ફોટોનનો ઉપયોગ થતો નથી.

આ મર્યાદાને પાર કરવાનો એક રસ્તો એ છે કે વોલ્ટેજ જનરેટ કરવા માટે બે (અથવા વધુ) વિવિધ કોષોનો ઉપયોગ કરવો, જેમાં એક કરતાં વધુ બેન્ડ ગેપ અને એક કરતાં વધુ જંકશન છે. આને "મલ્ટિજંકશન" કોષો તરીકે ઓળખવામાં આવે છે (જેને "કાસ્કેડ" અથવા "ટેન્ડમ" કોષો પણ કહેવાય છે). મલ્ટિજંકશન ઉપકરણો ઉચ્ચ કુલ રૂપાંતરણ કાર્યક્ષમતા પ્રાપ્ત કરી શકે છે કારણ કે તેઓ પ્રકાશના વધુ ઊર્જા સ્પેક્ટ્રમને વીજળીમાં રૂપાંતરિત કરી શકે છે.

નીચે બતાવ્યા પ્રમાણે, મલ્ટિજંકશન ઉપકરણ એ બેન્ડ ગેપ (દા.ત.) ના ઉતરતા ક્રમમાં વ્યક્તિગત સિંગલ-જંકશન કોષોનો સ્ટેક છે. ટોચનો કોષ ઉચ્ચ-ઊર્જાવાળા ફોટોનને કેપ્ચર કરે છે અને બાકીના ફોટોનને નીચલા-બેન્ડ-ગેપ કોષો દ્વારા શોષી લેવા માટે પસાર કરે છે.