सौर सेल किससे बने होते हैं

Question

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A: सिलिकॉन

Explanation & Concepts:
सौर सेल (फोटोवोल्टिक सेल) मुख्य रूप से अर्धचालक सामग्रियों से बने होते हैं, जिसमें क्रिस्टलीय सिलिकॉन अपनी प्रचुरता और बैंडगैप गुणों के कारण उद्योग मानक है। ये उपकरण फोटोवोल्टिक प्रभाव के माध्यम से सूर्य के प्रकाश को सीधे बिजली में परिवर्तित करते हैं।

Working Principle: जब $E = h
u$ ऊर्जा वाले फोटॉन, जो अर्धचालक बैंडगैप ऊर्जा $E_g$ से अधिक होते हैं, सिलिकॉन से टकराते हैं, तो वे इलेक्ट्रॉनों को वैलेंस बैंड से कंडक्शन बैंड में उत्तेजित करते हैं। यह इलेक्ट्रॉन-होल जोड़े बनाता है, जो p-n जंक्शन के आंतरिक विद्युत क्षेत्र द्वारा अलग हो जाते हैं, जिससे बाहरी लोड में DC करंट उत्पन्न होता है।

Key Formulas: $E = h
u = \frac{hc}{\lambda}$ — आपतित फोटॉनों की ऊर्जा; $E_g \approx 1.1 	ext{ eV}$ — 300K पर सिलिकॉन की बैंडगैप ऊर्जा

Key Points: सिलिकॉन एक अप्रत्यक्ष बैंडगैप अर्धचालक है।; एकल-जंक्शन सिलिकॉन सेल की दक्षता शॉक्ली-क्वेसर सीमा द्वारा सीमित है।; p-n जंक्शन बनाने के लिए फॉस्फोरस (n-type) और बोरॉन (p-type) जैसे डोपिंग एजेंटों का उपयोग किया जाता है।

Advantages: पृथ्वी की पपड़ी में सिलिकॉन की उच्च प्रचुरता; उत्कृष्ट दीर्घकालिक स्थिरता और पर्यावरणीय स्थायित्व

Disadvantages: एकल-जंक्शन सेल के लिए कम ऊर्जा रूपांतरण दक्षता; उच्च तापमान संवेदनशीलता वोल्टेज आउटपुट को कम करती है

Applications: आवासीय और औद्योगिक सौर पैनल; अंतरिक्ष यान और उपग्रह विद्युत प्रणालियाँ

Additional Info: सिलिकॉन को जर्मेनियम पर प्राथमिकता दी जाती है क्योंकि सिलिकॉन में सौर स्पेक्ट्रम संचयन के लिए अधिक उपयुक्त बैंडगैप ($1.1 	ext{ eV}$ बनाम $0.67 	ext{ eV}$) और बेहतर थर्मल स्थिरता होती है।. विकल्प B (जर्मेनियम) का उपयोग मल्टीजंक्शन सेल में किया जाता है, लेकिन यह मानक पैनलों के लिए बहुत महंगा है। विकल्प C (चांदी) का उपयोग संवाहक संपर्कों के लिए किया जाता है, अर्धचालक बॉडी के लिए नहीं।

Answer: A सही है — कुशल, स्थिर और लागत प्रभावी फोटोवोल्टिक सेल बनाने के लिए सिलिकॉन सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली अर्धचालक सामग्री है।

Exam Tip: हमेशा याद रखें कि हालांकि सिलिकॉन मानक है, सौर स्पेक्ट्रम शिखर से मेल खाने के लिए बैंडगैप ऊर्जा $E_g$ इष्टतम (आमतौर पर 1.0–1.5 eV) होनी चाहिए; यही कारण है कि GaAs जैसी सामग्री भी अत्यधिक कुशल है।

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Option B: जर्मेनियम

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Option C: चांदी

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Option D: एल्युमिनियम

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