شمسی خلیوں کی اقسام پر ایک مختصر گفتگو

شمسی توانائی ایک زمانے میں جدید خلائی جہازوں اور کچھ فینسی گیجٹس کا تحفظ تھی، لیکن اب ایسا نہیں رہا۔ پچھلی دہائی کے دوران، شمسی توانائی ایک خاص توانائی کے ذریعہ سے عالمی توانائی کے منظر نامے کے ایک اہم ستون میں تبدیل ہو گئی ہے۔

زمین مسلسل تقریباً 173,000TW شمسی تابکاری کا شکار ہے، جو کہ عالمی اوسط بجلی کی طلب سے دس گنا زیادہ ہے۔

[1] اس کا مطلب ہے کہ شمسی توانائی ہماری توانائی کی تمام ضروریات کو پورا کرنے کی صلاحیت رکھتی ہے۔

2023 کی پہلی ششماہی میں، شمسی توانائی کی پیداوار امریکہ کی کل بجلی کی پیداوار میں 5.77 فیصد تھی، جو 2022 میں 4.95 فیصد تھی۔

[2] اگرچہ جیواشم ایندھن (بنیادی طور پر قدرتی گیس اور کوئلہ) 2022 میں امریکی بجلی کی پیداوار کا 60.4% حصہ بنے گا،

[3] لیکن شمسی توانائی کے بڑھتے ہوئے اثر و رسوخ اور شمسی توانائی کی ٹیکنالوجی کی تیز رفتار ترقی توجہ کے مستحق ہے۔

 

شمسی خلیوں کی اقسام

 

فی الحال، مارکیٹ میں شمسی خلیوں کی تین بڑی قسمیں ہیں (جنہیں فوٹو وولٹک (PV) سیل بھی کہا جاتا ہے): کرسٹل لائن، پتلی فلم، اور ابھرتی ہوئی ٹیکنالوجیز۔ ان تینوں قسم کی بیٹریاں کارکردگی، لاگت اور عمر کے لحاظ سے اپنے اپنے فوائد رکھتی ہیں۔

 

01 کرسٹل

زیادہ تر گھروں کی چھتوں کے سولر پینلز اعلیٰ پاکیزگی والے مونوکرسٹل لائن سلیکون سے بنائے گئے ہیں۔ اس قسم کی بیٹری نے حالیہ برسوں میں 26 فیصد سے زیادہ کی کارکردگی اور 30 ​​سال سے زیادہ کی سروس لائف حاصل کی ہے۔

[4] گھریلو سولر پینلز کی موجودہ کارکردگی تقریباً 22% ہے۔

 

پولی کرسٹل لائن سلکان کی قیمت مونو کرسٹل لائن سلکان سے کم ہے، لیکن کم موثر ہے اور اس کی عمر کم ہے۔ کم کارکردگی کا مطلب ہے کہ زیادہ پینل اور زیادہ علاقے کی ضرورت ہے۔

 

شمسی خلیات ملٹی جنکشن گیلیم آرسنائیڈ (GaAs) ٹیکنالوجی پر مبنی روایتی شمسی خلیات سے زیادہ موثر ہیں۔ ان خلیات میں کثیر پرت کا ڈھانچہ ہوتا ہے، اور ہر پرت سورج کی روشنی کی مختلف طول موجوں کو جذب کرنے کے لیے مختلف مواد، جیسے انڈیم گیلیم فاسفائیڈ (GaInP)، انڈیم گیلیم آرسنائیڈ (InGaAs) اور جرمینیم (Ge) کا استعمال کرتی ہے۔ اگرچہ ان ملٹی جنکشن سیلز سے توقع کی جاتی ہے کہ وہ اعلیٰ استعداد کار حاصل کریں گے، لیکن وہ اب بھی اعلیٰ پیداواری لاگت اور نادان تحقیق اور ترقی سے دوچار ہیں، جو ان کی تجارتی فزیبلٹی اور عملی استعمال کو محدود کرتے ہیں۔

 

02 فلم

عالمی مارکیٹ میں پتلی فلم فوٹو وولٹک مصنوعات کی مرکزی دھارے میں کیڈمیم ٹیلورائیڈ (CdTe) فوٹو وولٹک ماڈیول ہیں۔ دنیا بھر میں اس طرح کے لاکھوں ماڈیولز نصب کیے گئے ہیں، جن میں 30GW سے زیادہ بجلی پیدا کرنے کی صلاحیت ہے۔ وہ بنیادی طور پر ریاستہائے متحدہ میں افادیت کے پیمانے پر بجلی کی پیداوار کے لئے استعمال ہوتے ہیں۔ فیکٹری

 

اس پتلی فلم کی ٹیکنالوجی میں، 1 مربع میٹر کے سولر ماڈیول میں AAA کے سائز کی نکل-کیڈیمیم (Ni-Cd) بیٹری سے کم کیڈمیم ہوتا ہے۔ اس کے علاوہ، سولر ماڈیولز میں کیڈمیم ٹیلوریم سے منسلک ہوتا ہے، جو پانی میں حل نہیں ہوتا اور 1,200 ° C تک درجہ حرارت پر مستحکم رہتا ہے۔ یہ عوامل پتلی فلم کی بیٹریوں میں کیڈیمیم ٹیلورائیڈ کے استعمال کے زہریلے خطرات کو کم کرتے ہیں۔

 

زمین کی پرت میں ٹیلوریم کا مواد صرف 0.001 حصے فی ملین ہے۔ بالکل اسی طرح جیسے پلاٹینم ایک نایاب عنصر ہے، ٹیلوریم کی نایابیت کیڈیمیم ٹیلورائیڈ ماڈیول کی قیمت کو نمایاں طور پر متاثر کر سکتی ہے۔ تاہم، ری سائیکلنگ کے طریقوں کے ذریعے اس مسئلے کو ختم کرنا ممکن ہے۔

کیڈیمیم ٹیلورائڈ ماڈیولز کی کارکردگی 18.6٪ تک پہنچ سکتی ہے، اور لیبارٹری کے ماحول میں بیٹری کی کارکردگی 22٪ سے تجاوز کر سکتی ہے۔ کاپر ڈوپنگ کو تبدیل کرنے کے لیے آرسینک ڈوپنگ کا استعمال، جو ایک طویل عرصے سے استعمال کیا جا رہا ہے، ماڈیول کی زندگی کو بہت بہتر بنا سکتا ہے اور کرسٹل بیٹریوں کے مقابلے کی سطح تک پہنچ سکتا ہے۔

 

03 ابھرتی ہوئی ٹیکنالوجیز

 

الٹرا پتلی فلموں (1 مائکرون سے کم) اور براہ راست جمع کرنے کی تکنیکوں کا استعمال کرتے ہوئے ابھرتی ہوئی فوٹوولٹک ٹیکنالوجیز پیداواری لاگت کو کم کریں گی اور شمسی خلیوں کے لیے اعلیٰ معیار کے سیمی کنڈکٹرز فراہم کریں گی۔ ان ٹیکنالوجیز سے توقع کی جاتی ہے کہ وہ سلیکون، کیڈیمیم ٹیلرائڈ اور گیلیم آرسنائیڈ جیسے قائم شدہ مواد کے حریف بن جائیں گے۔

 

[6]اس فیلڈ میں تین مشہور پتلی فلم ٹیکنالوجیز ہیں: کاپر زنک ٹن سلفائیڈ (Cu2ZnSnS4 یا CZTS)، زنک فاسفائیڈ (Zn3P2) اور سنگل دیواروں والی کاربن نانوٹوبس (SWCNT)۔ لیبارٹری کی ترتیب میں، کاپر انڈیم گیلیم سیلینائیڈ (سی آئی جی ایس) سولر سیلز 22.4 فیصد کی متاثر کن کارکردگی کو پہنچ چکے ہیں۔ تاہم، تجارتی پیمانے پر اس طرح کی کارکردگی کی سطح کو نقل کرنا ایک چیلنج بنی ہوئی ہے۔

[7]لیڈ ہیلائیڈ پیرووسکائٹ پتلی فلمی خلیے ایک پرکشش ابھرتی ہوئی شمسی ٹیکنالوجی ہیں۔ پیرووسکائٹ ایک قسم کا مادہ ہے جس میں کیمیائی فارمولہ ABX3 کی مخصوص کرسٹل ساخت ہے۔ یہ ایک پیلا، بھورا یا سیاہ معدنیات ہے جس کا بنیادی جزو کیلشیم ٹائٹانیٹ (CaTiO3) ہے۔ یوکے کمپنی آکسفورڈ پی وی کے ذریعہ تیار کردہ تجارتی پیمانے پر سلکان پر مبنی پیرووسکائٹ ٹینڈم سولر سیلز نے 28.6 فیصد کی ریکارڈ کارکردگی حاصل کی ہے اور اس سال پیداوار میں جائیں گے۔

[8]صرف چند سالوں میں، پیرووسکائٹ سولر سیلز نے موجودہ کیڈیمیم ٹیلورائیڈ پتلی فلم سیلز کی طرح کی افادیت حاصل کر لی ہے۔ پیرووسکائٹ بیٹریوں کی ابتدائی تحقیق اور ترقی میں، عمر ایک بڑا مسئلہ تھا، اتنا مختصر کہ اس کا حساب صرف مہینوں میں ہی لگایا جا سکتا تھا۔

آج پیرووسکائٹ سیلز کی سروس لائف 25 سال یا اس سے زیادہ ہے۔ فی الحال، پیرووسکائٹ سولر سیلز کے فوائد اعلیٰ تبدیلی کی کارکردگی (25% سے زیادہ)، کم پیداواری لاگت اور پیداواری عمل کے لیے درکار کم درجہ حرارت ہیں۔

 

انٹیگریٹڈ سولر پینلز کی تعمیر

 

کچھ شمسی خلیوں کو شمسی سپیکٹرم کے صرف ایک حصے پر قبضہ کرنے کے لئے ڈیزائن کیا گیا ہے جبکہ مرئی روشنی کو گزرنے کی اجازت دی گئی ہے۔ ان شفاف سیلز کو ڈائی سنسیٹائزڈ سولر سیل (DSC) کہا جاتا ہے اور یہ 1991 میں سوئٹزرلینڈ میں پیدا ہوئے تھے۔ حالیہ برسوں میں نئے R&D نتائج نے DSCs کی کارکردگی کو بہتر کیا ہے، اور یہ سولر پینلز مارکیٹ میں آنے میں زیادہ دیر نہیں لگ سکتی ہے۔

 

کچھ کمپنیاں غیر نامیاتی نینو پارٹیکلز کو شیشے کی پولی کاربونیٹ تہوں میں ڈالتی ہیں۔ اس ٹیکنالوجی میں موجود نینو پارٹیکلز سپیکٹرم کے مخصوص حصوں کو شیشے کے کنارے پر منتقل کرتے ہیں، جس سے زیادہ تر سپیکٹرم گزر سکتا ہے۔ شیشے کے کنارے پر مرکوز روشنی پھر شمسی خلیوں کے ذریعہ استعمال کی جاتی ہے۔ اس کے علاوہ، شفاف شمسی کھڑکیوں پر پیرووسکائٹ پتلی فلمی مواد لگانے اور بیرونی دیواروں کی تعمیر کے لیے ٹیکنالوجی کا فی الحال مطالعہ کیا جا رہا ہے۔

 

شمسی توانائی کے لیے درکار خام مال

شمسی توانائی کی پیداوار کو بڑھانے کے لیے اہم خام مال جیسے سلیکون، چاندی، تانبا اور ایلومینیم کی کان کنی کی مانگ بڑھے گی۔ امریکی محکمہ توانائی کا کہنا ہے کہ دنیا کے تقریباً 12% میٹالرجیکل گریڈ سلکان (MGS) کو سولر پینلز کے لیے پولی سیلیکون میں پروسیس کیا جاتا ہے۔

 

چین اس میدان میں ایک بڑا کھلاڑی ہے، جو 2020 میں دنیا کے تقریباً 70% MGS اور 77% پولی سیلیکون سپلائی تیار کر رہا ہے۔

 

سلیکون کو پولی سیلیکون میں تبدیل کرنے کے عمل کے لیے بہت زیادہ درجہ حرارت کی ضرورت ہوتی ہے۔ چین میں، ان عملوں کے لیے توانائی بنیادی طور پر کوئلے سے آتی ہے۔ سنکیانگ میں کوئلے کے وافر وسائل اور کم بجلی کی لاگت ہے، اور اس کی پولی سیلیکون کی پیداوار عالمی پیداوار کا 45 فیصد ہے۔

 

[12]سولر پینلز کی تیاری میں دنیا کی چاندی کا تقریباً 10% استعمال ہوتا ہے۔ چاندی کی کان کنی بنیادی طور پر میکسیکو، چین، پیرو، چلی، آسٹریلیا، روس اور پولینڈ میں ہوتی ہے اور اس سے بھاری دھاتوں کی آلودگی اور مقامی کمیونٹیز کی زبردستی نقل مکانی جیسے مسائل پیدا ہو سکتے ہیں۔

 

تانبے اور ایلومینیم کی کان کنی بھی زمین کے استعمال کے چیلنجز کا باعث بنتی ہے۔ یو ایس جیولوجیکل سروے نوٹ کرتا ہے کہ چلی عالمی تانبے کی پیداوار کا 27% حصہ بناتا ہے، اس کے بعد پیرو (10%)، چین (8%) اور جمہوری جمہوریہ کانگو (8%) کا نمبر آتا ہے۔ بین الاقوامی توانائی ایجنسی (آئی ای اے) کا خیال ہے کہ اگر 2050 تک عالمی قابل تجدید توانائی کا استعمال 100 فیصد تک پہنچ جاتا ہے، تو شمسی منصوبوں سے تانبے کی مانگ تقریباً تین گنا بڑھ جائے گی۔

[13]نتیجہ

 

کیا ایک دن شمسی توانائی ہماری توانائی کا اہم ذریعہ بن جائے گی؟ شمسی توانائی کی قیمت گر رہی ہے اور کارکردگی بہتر ہو رہی ہے۔ اس دوران، منتخب کرنے کے لیے بہت سے مختلف شمسی ٹیکنالوجی کے راستے ہیں۔ ہم کب ایک یا دو ٹیکنالوجیز کی نشاندہی کریں گے اور انہیں حقیقت میں کام کرنے پر مجبور کریں گے؟ شمسی توانائی کو گرڈ میں کیسے ضم کیا جائے؟

 

خصوصیت سے مرکزی دھارے میں شمسی توانائی کا ارتقا ہماری توانائی کی ضروریات کو پورا کرنے اور اس سے تجاوز کرنے کی صلاحیت کو اجاگر کرتا ہے۔ جب کہ کرسٹل لائن سولر سیلز فی الحال مارکیٹ پر حاوی ہیں، پتلی فلم ٹیکنالوجی اور ابھرتی ہوئی ٹیکنالوجیز جیسے کیڈمیم ٹیلورائیڈ اور پیرووسکائٹس میں ترقی زیادہ موثر اور مربوط شمسی ایپلی کیشنز کے لیے راہ ہموار کر رہی ہے۔ شمسی توانائی کو اب بھی بہت سے چیلنجز کا سامنا ہے، جیسے کہ خام مال کی کان کنی کے ماحولیاتی اثرات اور پیداوار میں رکاوٹیں، لیکن سب کے بعد، یہ ایک تیزی سے ترقی کرنے والی، اختراعی اور امید افزا صنعت ہے۔

 

تکنیکی ترقی اور پائیدار طریقوں کے صحیح توازن کے ساتھ، شمسی توانائی کی ترقی اور ترقی ایک صاف ستھرے، زیادہ پرچر توانائی کے مستقبل کی راہ ہموار کرے گی۔ اس کی وجہ سے، یہ یو ایس انرجی مکس میں نمایاں نمو دکھائے گا اور امید ہے کہ یہ ایک عالمی پائیدار حل بن جائے گا۔