ഇന്‍ഫ്രാ റെഡ് കിരണങ്ങളേയും ഉപയോഗിക്കുന്ന സോളാര്‍ സെല്‍

ഇക്കാലത്തെ സോളാര്‍ സെല്ലുകള്‍ ഭൂമില്‍ പതിക്കുന്ന സൗരോര്‍ജ്ജത്തിന്റെ പകുതി വരുന്ന ഇന്‍ഫ്രാ റെഡ് കിരണങ്ങളെ ഒഴുവാക്കി ദൃശ്യ പ്രകാശത്തെ മാത്രമേ ഉപയോഗിക്കുന്നുള്ളു. എന്നാല്‍ സ്പെയിനിലെ ഗവേഷകര്‍ കണ്ടെത്തിയ പുതിയ പദാര്‍ത്ഥം ഇന്‍ഫ്രാ റെഡ് കിരണങ്ങളേയും വൈദ്യുതിയായി മാറ്റും. സാധാരണ സോളാര്‍ സെല്ലുകള്‍ സിലിക്കണ്‍ അടിസ്ഥാനമായ അര്‍ദ്ധചാലകങ്ങളാല്‍ നിര്‍മ്മിതമാണ്. എന്നാല്‍ അവക്ക് ഇന്‍ഫ്രാ റെഡിനെ സ്വീകരിക്കാന്‍ കഴിയാത്തതിനാല്‍ സൈദ്ധാന്തിക ആഗിരണ പരിധി 40% ആണ്. പ്രായോഗിക പരിധി 30% വും. എന്നാല്‍ പുതിയ പദാര്‍ത്ഥം ദൃശ്യ-ഇന്‍ഫ്രാ റെഡ് ഫോട്ടോണുകളെ സ്വീകരിക്കുന്നതിനാല്‍ സൈദ്ധാന്തിക ദക്ഷത (theoretical efficiency) 63% വരെ ഉയര്‍ന്നതാണ്.

ഒരു കൃത്ത്യമായ അളവുര്‍ജ്ജമുള്ള ഫോട്ടോണുകളില്‍ നിന്ന് ആറ്റത്തില്‍ കുടുങ്ങിയിരിക്കുന്ന ഇലക്ട്രോണ്‍ ഊര്‍ജ്ജം സ്വീകരിച്ച് ഉയര്‍ന്ന ഊര്‍ജ്ജ പരിധിയിലെത്തി സ്വതന്ത്രമായി സഞ്ചരിക്കുമ്പോളാണ് അര്‍ദ്ധചാലക സോളാര്‍ സെല്ലുകളില്‍ വൈദ്യുതി ഉണ്ടാകുന്നത്. ആ പ്രത്യേക ഊര്‍ജ്ജ നിലയില്‍ അധികമോ കുറവോ ഉള്ള ഫോട്ടോണുകളില്‍ നിന്ന് സെല്ലിന് ഊര്‍ജ്ജം സ്വീകരിക്കാനാവില്ല. ദൃശ്യ പ്രകാശത്തിന്റെ ഊര്‍ജ്ജ നില വലിയ വ്യത്യാസങ്ങളില്ലാതെയിരിക്കുന്നതിനാല്‍ സെല്ലുകളെ ദൃശ്യ പ്രകാശത്തിന് വേണ്ടി ട്യൂണ്‍ ചെയ്തിരിക്കുകയാണ്. എന്നാല്‍ ഭൂമിയില്‍ ദൃശ്യപ്രകാശം മറ്റുള്ളവയെ അപേക്ഷിച്ച് കുറഞ്ഞ അളവിലാണ് പതിക്കുന്നത്. സെല്ലിന് വലിയ സ്പെക്ട്രം ഉപയോഗിക്കുന്നതിനുള്ള വിദ്യ 1997 ല്‍ സ്പെയിനിലെ ഗവേഷകര്‍ കണ്ടെത്തിയിരുന്നു. ഊര്‍ജ്ജ “stepping stone” എന്ന ആശയമാണ് അവര്‍ ഉപയോഗിച്ചത്. ഉയര്‍ന്ന ഊര്‍ജ്ജ പരിധിയിലേക്ക് ഒറ്റ ചാട്ടം നടത്തുന്നതിന് പകരം ഇലക്ട്രോണുകള്‍ക്ക് താഴ്ന്ന ഊര്‍ജ്ജമുള്ള ഫോട്ടോണില്‍ നിന്ന് ഊര്‍ജ്ജം ഉള്‍ക്കൊണ്ട് ഒരു ഇടനില ഊര്‍ജ്ജ പരിധിയിലേക്ക് എത്താം. അവിടെ അത് അവസാന ഊര്‍ജ്ജ പരിധിയിലെത്താനാവശ്യമായ ഊര്‍ജ്ജത്തിനായി കാത്തുനില്‍ക്കുകയും അതിനാവശ്യമായ ഊര്‍ജ്ജമുള്ള ഫോട്ടോണ്‍ പതിക്കുമ്പോള്‍ അതില്‍ നിന്നും ആ ഊര്‍ജ്ജം സ്വകരിച്ച് യാത്ര പൂര്‍ത്തിയാക്കുകയും ചെയ്യാവുന്നതാണ്.

പുതിയ ഗവേഷണം നയിച്ചത് Polytechnic University യുടെ Institute for Solar Energy ലെ Perla Wahnón, Spanish Higher Scientific Research Council ന്റെ Institute of Catalysis ലെ José Conesa തുടങ്ങിയവരാണ്. ഇടനില ഊര്‍ജ്ജ പരിധി (intermediate energy level) ഉണ്ടാക്കാനായി സാധാരണ സോളാര്‍ സെല്ലില്‍ അവര്‍ റ്റൈറ്റാനിയം (titanium), വനേഡിയം (vanadium) കൂടി ചേര്‍ത്തു. സൂര്യ പ്രകാശത്തിലെ 63% പുതിയ പദാര്‍ത്ഥം ആഗിരണം ചെയ്യുന്നതായി അവര്‍ കണക്കാക്കി.

പ്രായോഗിക ദക്ഷത 63% എത്തില്ല. എന്നാല്‍ സൈദ്ധാന്തിക ദക്ഷത ഉയര്‍ന്നതാകയാല്‍ പ്രായോഗിക ദക്ഷതയും ഉയരും, Conesa പറയുന്നു. ആദ്യത്തെ stepping-stone solar cells നിര്‍മ്മിച്ചത് കാലിഫോര്‍ണിയയിലുള്ള Lawrence Berkeley National Laboratory ലെ Wladek Walukiewicz ന്റെ ഗ്രൂപ്പാണ്. അതിന്റെ സൈദ്ധാന്തിക ദക്ഷത 57% ആണ്. പുതിയ പദാര്‍ത്ഥത്തില്‍ പ്രകൃതി ദത്തമായി തന്നെ കുറേ ഇലക്ട്രോണികള്‍ ഇടനില ഊര്‍ജ്ജ പരിധി പ്രകടിപ്പിച്ചതുകൊണ്ടാണ്. Lawrence Berkeley ലെ പദാര്‍ത്ഥത്തിന് അത് ഒട്ടും ഇല്ലായിരുന്നു. “സൈദ്ധാന്തിക ദക്ഷത ഒരു തുടക്കം മാത്രമാണ്. ഒരുപാട് കടമ്പകള്‍ കടന്നെങ്കില്‍ മാത്രമേ ഇത് പ്രായോഗികമാകൂ” എന്ന് Walukiewicz പറഞ്ഞു.

– from environment.newscientist.com