সৌর কোষের প্রকারভেদ সম্পর্কে একটি সংক্ষিপ্ত আলোচনা

সৌরশক্তি একসময় উন্নত মহাকাশযান এবং কিছু অভিনব যন্ত্রপাতির মধ্যেই সীমাবদ্ধ ছিল, কিন্তু এখন আর তা নেই। গত দশকে, সৌরশক্তি একটি বিশেষ শক্তির উৎস থেকে বিশ্বব্যাপী শক্তির ভূদৃশ্যের একটি প্রধান স্তম্ভে রূপান্তরিত হয়েছে।

পৃথিবী ক্রমাগত প্রায় ১,৭৩,০০০ টন সৌর বিকিরণের সংস্পর্শে আসছে, যা বিশ্বব্যাপী গড় বিদ্যুতের চাহিদার দশগুণেরও বেশি।

[1] এর অর্থ হল সৌরশক্তি আমাদের সমস্ত শক্তির চাহিদা পূরণ করার ক্ষমতা রাখে।

২০২৩ সালের প্রথমার্ধে, সৌরবিদ্যুৎ উৎপাদন মোট মার্কিন বিদ্যুৎ উৎপাদনের ৫.৭৭% ছিল, যা ২০২২ সালে ৪.৯৫% ছিল।

[2] যদিও জীবাশ্ম জ্বালানি (প্রধানত প্রাকৃতিক গ্যাস এবং কয়লা) ২০২২ সালে মার্কিন বিদ্যুৎ উৎপাদনের ৬০.৪% পর্যন্ত হবে,

[3] কিন্তু সৌরশক্তির ক্রমবর্ধমান প্রভাব এবং সৌরশক্তি প্রযুক্তির দ্রুত বিকাশ মনোযোগের দাবি রাখে।

 

সৌর কোষের প্রকারভেদ

 

বর্তমানে, বাজারে সৌর কোষের তিনটি প্রধান বিভাগ (যা ফটোভোলটাইক (PV) কোষ নামেও পরিচিত): স্ফটিক, পাতলা-ফিল্ম এবং উদীয়মান প্রযুক্তি। দক্ষতা, খরচ এবং জীবনকালের দিক থেকে এই তিন ধরণের ব্যাটারির নিজস্ব সুবিধা রয়েছে।

 

০১ স্ফটিক

বেশিরভাগ বাড়ির ছাদের সোলার প্যানেল উচ্চ-বিশুদ্ধতা মনোক্রিস্টালাইন সিলিকন দিয়ে তৈরি। সাম্প্রতিক বছরগুলিতে এই ধরণের ব্যাটারির দক্ষতা ২৬% এরও বেশি এবং ৩০ বছরেরও বেশি সময় ধরে পরিষেবা জীবন অর্জন করেছে।

[4] গৃহস্থালীর সৌর প্যানেলের বর্তমান দক্ষতা প্রায় ২২%।

 

পলিক্রিস্টালাইন সিলিকনের দাম মনোক্রিস্টালাইন সিলিকনের তুলনায় কম, কিন্তু এর দক্ষতা কম এবং এর আয়ুষ্কাল কম। কম দক্ষতার অর্থ হল আরও প্যানেল এবং আরও বেশি জায়গার প্রয়োজন।

 

সৌর কোষমাল্টি-জংশন গ্যালিয়াম আর্সেনাইড (GaAs) প্রযুক্তির উপর ভিত্তি করে তৈরি সৌর কোষগুলি ঐতিহ্যবাহী সৌর কোষের তুলনায় বেশি দক্ষ। এই কোষগুলির একটি বহু-স্তর কাঠামো রয়েছে এবং প্রতিটি স্তর সূর্যালোকের বিভিন্ন তরঙ্গদৈর্ঘ্য শোষণের জন্য ইন্ডিয়াম গ্যালিয়াম ফসফাইড (GaInP), ইন্ডিয়াম গ্যালিয়াম আর্সেনাইড (InGaAs) এবং জার্মেনিয়াম (Ge) এর মতো বিভিন্ন উপাদান ব্যবহার করে। যদিও এই মাল্টিজংশন কোষগুলি উচ্চ দক্ষতা অর্জন করবে বলে আশা করা হচ্ছে, তবুও তারা উচ্চ উৎপাদন খরচ এবং অপরিণত গবেষণা ও উন্নয়নের শিকার হয়, যা তাদের বাণিজ্যিক সম্ভাব্যতা এবং ব্যবহারিক প্রয়োগকে সীমিত করে।

 

০২ চলচ্চিত্র

বিশ্ব বাজারে থিন-ফিল্ম ফটোভোলটাইক পণ্যের মূলধারা হল ক্যাডমিয়াম টেলুরাইড (CdTe) ফটোভোলটাইক মডিউল। বিশ্বজুড়ে লক্ষ লক্ষ এই ধরনের মডিউল স্থাপন করা হয়েছে, যার সর্বোচ্চ বিদ্যুৎ উৎপাদন ক্ষমতা 30GW-এরও বেশি। এগুলি মূলত মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের কারখানায় ইউটিলিটি-স্কেল বিদ্যুৎ উৎপাদনের জন্য ব্যবহৃত হয়।

 

এই পাতলা-ফিল্ম প্রযুক্তিতে, ১ বর্গমিটারের একটি সৌর মডিউলে AAA-আকারের নিকেল-ক্যাডমিয়াম (Ni-Cd) ব্যাটারির তুলনায় কম ক্যাডমিয়াম থাকে। এছাড়াও, সৌর মডিউলের ক্যাডমিয়াম টেলুরিয়ামের সাথে আবদ্ধ থাকে, যা পানিতে অদ্রবণীয় এবং ১,২০০°C পর্যন্ত তাপমাত্রায় স্থিতিশীল থাকে। এই কারণগুলি পাতলা-ফিল্ম ব্যাটারিতে ক্যাডমিয়াম টেলুরাইড ব্যবহারের বিষাক্ত ঝুঁকি হ্রাস করে।

 

পৃথিবীর ভূত্বকে টেলুরিয়ামের পরিমাণ প্রতি মিলিয়নে মাত্র ০.০০১ অংশ। প্ল্যাটিনাম যেমন একটি বিরল মৌল, তেমনি টেলুরিয়ামের বিরলতা ক্যাডমিয়াম টেলুরাইড মডিউলের খরচকে উল্লেখযোগ্যভাবে প্রভাবিত করতে পারে। তবে, পুনর্ব্যবহার পদ্ধতির মাধ্যমে এই সমস্যাটি দূর করা সম্ভব।

ক্যাডমিয়াম টেলুরাইড মডিউলের দক্ষতা ১৮.৬% পর্যন্ত পৌঁছাতে পারে এবং পরীক্ষাগারের পরিবেশে ব্যাটারির দক্ষতা ২২% ছাড়িয়ে যেতে পারে। [৫] দীর্ঘদিন ধরে ব্যবহৃত কপার ডোপিং প্রতিস্থাপনের জন্য আর্সেনিক ডোপিং ব্যবহার করলে মডিউলের জীবনকাল ব্যাপকভাবে উন্নত হতে পারে এবং স্ফটিক ব্যাটারির সাথে তুলনীয় স্তরে পৌঁছাতে পারে।

 

০৩ উদীয়মান প্রযুক্তি

 

অতি-পাতলা ফিল্ম (১ মাইক্রনের কম) এবং সরাসরি জমা করার কৌশল ব্যবহার করে উদীয়মান ফটোভোলটাইক প্রযুক্তি উৎপাদন খরচ কমাবে এবং সৌর কোষের জন্য উচ্চমানের সেমিকন্ডাক্টর সরবরাহ করবে। এই প্রযুক্তিগুলি সিলিকন, ক্যাডমিয়াম টেলুরাইড এবং গ্যালিয়াম আর্সেনাইডের মতো প্রতিষ্ঠিত উপকরণের প্রতিযোগী হয়ে উঠবে বলে আশা করা হচ্ছে।

 

[6]এই ক্ষেত্রে তিনটি সুপরিচিত পাতলা ফিল্ম প্রযুক্তি রয়েছে: তামা জিঙ্ক টিন সালফাইড (Cu2ZnSnS4 বা CZTS), জিঙ্ক ফসফাইড (Zn3P2) এবং একক-প্রাচীরযুক্ত কার্বন ন্যানোটিউব (SWCNT)। পরীক্ষাগারের পরিবেশে, তামা ইন্ডিয়াম গ্যালিয়াম সেলেনাইড (CIGS) সৌর কোষগুলি ২২.৪% এর চিত্তাকর্ষক সর্বোচ্চ দক্ষতায় পৌঁছেছে। তবে, বাণিজ্যিক স্কেলে এই ধরণের দক্ষতার স্তরের প্রতিলিপি তৈরি করা এখনও একটি চ্যালেঞ্জ।

[7]লিড হ্যালাইড পেরোভস্কাইট থিন ফিল্ম কোষ হল একটি আকর্ষণীয় উদীয়মান সৌর প্রযুক্তি। পেরোভস্কাইট হল এক ধরণের পদার্থ যার রাসায়নিক সূত্র ABX3 এর একটি সাধারণ স্ফটিক কাঠামো রয়েছে। এটি একটি হলুদ, বাদামী বা কালো খনিজ যার প্রধান উপাদান হল ক্যালসিয়াম টাইটানেট (CaTiO3)। যুক্তরাজ্যের কোম্পানি অক্সফোর্ড পিভি দ্বারা উত্পাদিত বাণিজ্যিকভাবে সিলিকন-ভিত্তিক পেরোভস্কাইট ট্যান্ডেম সৌর কোষগুলি 28.6% এর রেকর্ড দক্ষতা অর্জন করেছে এবং এই বছর উৎপাদনে যাবে।

[8]মাত্র কয়েক বছরের মধ্যেই, পেরোভস্কাইট সৌর কোষগুলি বিদ্যমান ক্যাডমিয়াম টেলুরাইড থিন-ফিল্ম কোষের মতো দক্ষতা অর্জন করেছে। পেরোভস্কাইট ব্যাটারির প্রাথমিক গবেষণা এবং উন্নয়নে, আয়ুষ্কাল একটি বড় সমস্যা ছিল, এত কম যে এটি কেবল কয়েক মাসের মধ্যে গণনা করা যেত।

বর্তমানে, পেরোভস্কাইট কোষের পরিষেবা জীবন ২৫ বছর বা তার বেশি। বর্তমানে, পেরোভস্কাইট সৌর কোষের সুবিধা হল উচ্চ রূপান্তর দক্ষতা (২৫% এর বেশি), কম উৎপাদন খরচ এবং উৎপাদন প্রক্রিয়ার জন্য প্রয়োজনীয় নিম্ন তাপমাত্রা।

 

সমন্বিত সৌর প্যানেল তৈরি করা

 

কিছু সৌর কোষ এমনভাবে তৈরি করা হয় যাতে সৌর বর্ণালীর কেবলমাত্র একটি অংশই ধারণ করা যায় এবং দৃশ্যমান আলোকে এর মধ্য দিয়ে যেতে দেওয়া হয়। এই স্বচ্ছ কোষগুলিকে ডাই-সেন্সিটাইজড সোলার সেল (DSC) বলা হয় এবং ১৯৯১ সালে সুইজারল্যান্ডে এর জন্ম হয়েছিল। সাম্প্রতিক বছরগুলিতে নতুন গবেষণা ও উন্নয়ন ফলাফল DSC-গুলির দক্ষতা উন্নত করেছে এবং এই সৌর প্যানেলগুলি বাজারে আসতে খুব বেশি সময় লাগবে না।

 

কিছু কোম্পানি কাচের পলিকার্বোনেট স্তরে অজৈব ন্যানো পার্টিকেল ঢোকায়। এই প্রযুক্তির ন্যানো পার্টিকেলগুলি বর্ণালীর নির্দিষ্ট অংশগুলিকে কাচের প্রান্তে স্থানান্তরিত করে, যার ফলে বেশিরভাগ বর্ণালী অতিক্রম করতে পারে। কাচের প্রান্তে ঘনীভূত আলো তখন সৌর কোষ দ্বারা ব্যবহার করা হয়। এছাড়াও, স্বচ্ছ সৌর জানালায় পেরোভস্কাইট পাতলা ফিল্ম উপকরণ প্রয়োগ এবং বহিরাগত দেয়াল নির্মাণের প্রযুক্তি বর্তমানে অধ্যয়ন করা হচ্ছে।

 

সৌরশক্তির জন্য প্রয়োজনীয় কাঁচামাল

সৌরবিদ্যুৎ উৎপাদন বৃদ্ধির জন্য, সিলিকন, রূপা, তামা এবং অ্যালুমিনিয়ামের মতো গুরুত্বপূর্ণ কাঁচামাল খনির চাহিদা বৃদ্ধি পাবে। মার্কিন জ্বালানি বিভাগ জানিয়েছে যে বিশ্বের প্রায় ১২% ধাতব গ্রেড সিলিকন (MGS) সৌর প্যানেলের জন্য পলিসিলিকনে প্রক্রিয়াজাত করা হয়।

 

চীন এই ক্ষেত্রে একটি প্রধান খেলোয়াড়, ২০২০ সালে বিশ্বের প্রায় ৭০% MGS এবং এর পলিসিলিকন সরবরাহের ৭৭% উৎপাদন করে।

 

সিলিকনকে পলিসিলিকনে রূপান্তরিত করার প্রক্রিয়ার জন্য খুব উচ্চ তাপমাত্রার প্রয়োজন হয়। চীনে, এই প্রক্রিয়াগুলির জন্য শক্তি মূলত কয়লা থেকে আসে। জিনজিয়াংয়ে প্রচুর কয়লা সম্পদ এবং কম বিদ্যুতের খরচ রয়েছে এবং এর পলিসিলিকন উৎপাদন বিশ্বব্যাপী উৎপাদনের 45%।

 

[12]সৌর প্যানেল উৎপাদনে বিশ্বের প্রায় ১০% রূপা ব্যবহৃত হয়। রূপা খনির কাজ মূলত মেক্সিকো, চীন, পেরু, চিলি, অস্ট্রেলিয়া, রাশিয়া এবং পোল্যান্ডে ঘটে এবং এর ফলে ভারী ধাতু দূষণ এবং স্থানীয় সম্প্রদায়ের জোরপূর্বক স্থানান্তরের মতো সমস্যা দেখা দিতে পারে।

 

তামা এবং অ্যালুমিনিয়াম খনির মাধ্যমে ভূমি ব্যবহারের ক্ষেত্রেও চ্যালেঞ্জ তৈরি হয়। মার্কিন ভূতাত্ত্বিক জরিপ অনুসারে, বিশ্বব্যাপী তামা উৎপাদনের ২৭% আসে চিলিতে, এরপর রয়েছে পেরু (১০%), চীন (৮%) এবং গণতান্ত্রিক প্রজাতন্ত্র কঙ্গো (৮%)। আন্তর্জাতিক শক্তি সংস্থা (IEA) বিশ্বাস করে যে, ২০৫০ সালের মধ্যে বিশ্বব্যাপী নবায়নযোগ্য জ্বালানির ব্যবহার ১০০% এ পৌঁছালে সৌর প্রকল্প থেকে তামার চাহিদা প্রায় তিনগুণ বেড়ে যাবে।

[13]উপসংহার

 

সৌরশক্তি কি একদিন আমাদের প্রধান শক্তির উৎস হয়ে উঠবে? সৌরশক্তির দাম কমছে এবং দক্ষতা উন্নত হচ্ছে। ইতিমধ্যে, বেছে নেওয়ার জন্য অনেকগুলি বিভিন্ন সৌর প্রযুক্তির পথ রয়েছে। আমরা কখন এক বা দুটি প্রযুক্তি সনাক্ত করব এবং সেগুলিকে বাস্তবে কার্যকর করব? সৌরশক্তিকে গ্রিডে কীভাবে একীভূত করব?

 

সৌরশক্তির বিশেষত্ব থেকে মূলধারায় বিবর্তন আমাদের শক্তির চাহিদা পূরণ এবং অতিক্রম করার সম্ভাবনাকে তুলে ধরে। যদিও স্ফটিক সৌর কোষ বর্তমানে বাজারে আধিপত্য বিস্তার করছে, তবুও পাতলা-ফিল্ম প্রযুক্তির অগ্রগতি এবং ক্যাডমিয়াম টেলুরাইড এবং পেরোভস্কাইটের মতো উদীয়মান প্রযুক্তিগুলি আরও দক্ষ এবং সমন্বিত সৌর প্রয়োগের পথ প্রশস্ত করছে। সৌরশক্তি এখনও অনেক চ্যালেঞ্জের মুখোমুখি, যেমন কাঁচামাল খনির পরিবেশগত প্রভাব এবং উৎপাদনে বাধা, কিন্তু সর্বোপরি, এটি একটি দ্রুত বর্ধনশীল, উদ্ভাবনী এবং প্রতিশ্রুতিশীল শিল্প।

 

প্রযুক্তিগত অগ্রগতি এবং টেকসই অনুশীলনের সঠিক ভারসাম্যের মাধ্যমে, সৌরশক্তির বৃদ্ধি এবং উন্নয়ন একটি পরিষ্কার, আরও প্রচুর পরিমাণে শক্তির ভবিষ্যতের পথ প্রশস্ত করবে। এর ফলে, এটি মার্কিন জ্বালানি মিশ্রণে উল্লেখযোগ্য বৃদ্ধি দেখাবে এবং এটি একটি বিশ্বব্যাপী টেকসই সমাধানে পরিণত হবে বলে আশা করা হচ্ছে।