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फोटोवोल्टिक प्रभाव

1839-01-01
  • Alexandre-Edmond Becquerel
Solar panel installation demonstrating the photovoltaic effect in solid state physics.

(यह छवि केवल उदाहरण के लिए बनाई गई है)

फोटोवोल्टिक प्रभाव वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा प्रकाश के संपर्क में आने पर किसी पदार्थ में वोल्टेज और विद्युत धारा उत्पन्न होती है। यह एक भौतिक और रासायनिक घटना है। इसका एक सामान्य अनुप्रयोग सौर सेल है, जो सूर्य के प्रकाश को सीधे बिजली में परिवर्तित करने के लिए इस प्रभाव का उपयोग करता है। यह प्रभाव प्रकाश के फोटॉनों द्वारा इलेक्ट्रॉनों को ऊर्जा की उच्च अवस्था में उत्तेजित करने पर आधारित है।

फोटोवोल्टिक प्रभाव को सर्वप्रथम 1839 में फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी एलेक्जेंडर-एडमंड बेकरेल ने देखा था। उन्होंने पाया कि अम्लीय विलयन में रखे सिल्वर क्लोराइड इलेक्ट्रोड पर प्रकाश डालने से वोल्टेज उत्पन्न होता है। यह प्रभाव दशकों तक वैज्ञानिक जिज्ञासा का विषय बना रहा। आधुनिक समझ अर्धचालक भौतिकी पर आधारित है। जब पर्याप्त ऊर्जा वाला एक फोटॉन किसी अर्धचालक पदार्थ से टकराता है, तो वह एक इलेक्ट्रॉन को उत्तेजित कर सकता है, जिससे वह संयोजकता बैंड से चालन बैंड में चला जाता है। इससे एक इलेक्ट्रॉन-होल युग्म बनता है। एक फोटोवोल्टिक उपकरण में, एक आंतरिक विद्युत क्षेत्र, जो आमतौर पर pn जंक्शन द्वारा उत्पन्न होता है, इन आवेश वाहकों को अलग करता है। इलेक्ट्रॉन n-साइड की ओर और होल p-साइड की ओर चले जाते हैं। आवेश के इस पृथक्करण से जंक्शन पर वोल्टेज उत्पन्न होता है। यदि कोई बाहरी परिपथ जोड़ा जाता है, तो मुक्त इलेक्ट्रॉन परिपथ से प्रवाहित होकर प्रत्यक्ष धारा (DC) उत्पन्न करते हैं। इस प्रक्रिया के लिए फोटॉन की ऊर्जा अर्धचालक पदार्थ के बैंड गैप से अधिक होनी चाहिए। बैंड गैप से कम ऊर्जा वाले फोटॉन बिना अवशोषित हुए पदार्थ से गुजर जाते हैं, जबकि बैंड गैप से काफी अधिक ऊर्जा वाले फोटॉन की अतिरिक्त ऊर्जा ऊष्मा में परिवर्तित हो जाती है, जिससे सेल की समग्र दक्षता कम हो जाती है।

पहला सॉलिड-स्टेट फोटोवोल्टाइक सेल 1883 में चार्ल्स फ्रिट्स द्वारा बनाया गया था, जिन्होंने सेलेनियम को सोने की एक पतली परत से लेपित किया था। हालाँकि, इसकी दक्षता 1% से भी कम थी। 1954 में बेल लैब्स में डैरिल चैपिन, कैल्विन फुलर और गेराल्ड फ्रिट्स ने इस क्षेत्र में महत्वपूर्ण प्रगति की। पियर्सन उन्होंने पहला व्यावहारिक सिलिकॉन सौर सेल विकसित किया, जिसकी दक्षता लगभग 6% थी। इस आविष्कार ने आधुनिक युग की शुरुआत की। सौर ऊर्जा यह एक प्रौद्योगिकी है और शुरू में इसका उपयोग अंतरिक्ष में उपग्रहों को शक्ति प्रदान करने जैसे विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए किया जाता था।

UNESCO Nomenclature: 2211
ठोस अवस्था भौतिकी

Type

भौतिक घटनाएँ

व्यवधान

मूलभूत

उपयोग

व्यापक उपयोग

शगुन

  • बाद में जे.जे. थॉमसन (1897) द्वारा इलेक्ट्रॉन की खोज से इसकी पुष्टि हुई।
  • बाद में आइंस्टीन द्वारा प्रकाश विद्युत प्रभाव की व्याख्या (1905)
  • सेमीकंडक्टर भौतिकी और पीएन जंक्शन सिद्धांत का विकास (1940 का दशक)
  • विलॉबी स्मिथ द्वारा सेलेनियम की प्रकाश चालकता की खोज (1873)

आवेदन

  • आवासीय और बड़े पैमाने पर बिजली उत्पादन के लिए सौर पैनल
  • फोटोवोल्टिक ऊर्जा स्टेशन
  • सौर ऊर्जा से चलने वाले कैलकुलेटर और घड़ियाँ
  • अंतरिक्ष यान विद्युत प्रणालियाँ
  • रिमोट सेंसिंग और दूरसंचार

पेटेंट:

NA

संभावित नवाचार विचार

  • खिड़कियों में एकीकृत पारदर्शी सौर सेल
  • पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और कपड़ों के लिए लचीली, हल्की सोलर फिल्म
  • 30% से अधिक दक्षता वाले पेरोव्स्काइट-टैंडम सौर सेल
  • agrivoltaics: co-locating solar panels and agricultural crops
  • विकासशील क्षेत्रों के लिए सौर ऊर्जा संचालित जल शोधन प्रणालियाँ
  • फोटोवोल्टिक सड़कें और रास्ते
  • संरचनात्मक तत्वों के रूप में भवन-एकीकृत फोटोवोल्टिक्स (बीआईपीवी)
  • लंबी अवधि की उड़ानों के लिए सौर ऊर्जा से चलने वाले ड्रोन
  • स्व-उपचार करने वाली सौर सेल सामग्री
  • अंतरिक्ष आधारित सौर ऊर्जा उपग्रह पृथ्वी पर ऊर्जा भेज रहे हैं
संबंधित विषय: फोटोवोल्टिक प्रभाव, सौर सेल, अर्धचालक, पीएन जंक्शन, इलेक्ट्रॉन-होल युग्म, फोटॉन, प्रत्यक्ष धारा, बैंड गैप, बेकरेल, नवीकरणीय ऊर्जा।

ऐतिहासिक संदर्भ

फोटोवोल्टिक प्रभाव

1833
1834
1836
1839-01-01
1842
1847
1850
1832
1834
1835
1838
1841
1845
1850
1850

(यदि तिथि अज्ञात है या प्रासंगिक नहीं है, उदाहरण के लिए "द्रव यांत्रिकी", तो इसके उल्लेखनीय उद्भव का एक अनुमानित आंकड़ा प्रदान किया गया है)

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