Thermodynamic efficiency limit
تھرموڈینامک کارکردگی کی حد سورج کی روشنی کو بجلی میں تبدیل کرنے کی نظریاتی طور پر مطلق زیادہ سے زیادہ ممکنہ کارکردگی ہے۔ اس کی قیمت تقریبا 86 ٪ ہے، جو کہ چمباڈل-نووکوف کی کارکردگی ہے، جو کہ کارنوٹ کی حد سے متعلق ایک تخمینہ ہے، جو سورج کی سطح سے خارج ہونے والے فوٹونوں کے درجہ حرارت پر مبنی ہے۔ بینڈ گیپ توانائی کا اثر شمسی خلیات کوانٹم توانائی کے تبادلے کے آلات کے طور پر کام کرتے ہیں، اور اس وجہ سے تھرموڈینامک کارکردگی کی حد کے تابع ہیں۔ جذب کرنے والے مادے کے بینڈ گیپ سے نیچے توانائی والے فوٹون الیکٹران ہول جوڑی پیدا نہیں کر سکتے، اور اس لیے ان کی توانائی مفید آؤٹ پٹ میں تبدیل نہیں ہوتی اور صرف جذب ہونے پر ہی حرارت پیدا کرتی ہے۔ بینڈ گیپ توانائی سے اوپر کی توانائی والے فوٹونوں کے لیے، بینڈ گیپ سے اوپر کی توانائی کا صرف ایک حصہ مفید آؤٹ پٹ میں تبدیل کیا جا سکتا ہے۔ جب زیادہ توانائی کا فوٹون جذب ہوتا ہے، تو بینڈ گیپ سے اوپر کی اضافی توانائی کیریئر ریکومبینیشن کی حرکی توانائی میں تبدیل ہو جاتی ہے۔ اضافی حرکی توانائی فونون تعاملات کے ذریعے حرارت میں تبدیل ہو جاتی ہے کیونکہ کیریئرز کی حرکی توانائی توازن کی رفتار میں سست ہو جاتی ہے۔ اس لیے شمسی توانائی کو ایک مخصوص حد سے آگے بجلی میں تبدیل نہیں کیا جا سکتا۔ متعدد بینڈ گیپ جذب کرنے والے مواد والے شمسی خلیات شمسی سپیکٹرم کو چھوٹے ڈبوں میں تقسیم کرکے کارکردگی کو بہتر بناتے ہیں جہاں ہر ڈبے کے لیے تھرموڈینامک کارکردگی کی حد زیادہ ہوتی ہے۔ ایسے خلیوں کی تھرموڈینامک حدود (جنہیں ملٹی جنکشن سیل، یا ٹینڈم سیل بھی کہا جاتا ہے) کا تجزیہ نینو ایچ یو بی میں آن لائن سمیلیٹر کا استعمال کرتے ہوئے کیا جا سکتا ہے۔ مختلف شمسی سیل ٹیکنالوجیز کے لیے کارکردگی کی حدود مختلف شمسی سیل ٹیکنالوجیز کے لیے تھرموڈینامک کارکردگی کی حدود مندرجہ ذیل ہیں: سنگل جنکشن ≈ 33 ٪ 3 سیل اسٹیکس اور ناپاک PVs ≈ 50 ٪ گرم کیریئر-یا امپیکٹ آئنائزیشن پر مبنی آلات ≈ 54-68% تجارتی ماڈیول ≈ 12-21% شمسی سیل ہیں جن میں AM1.5 سپیکٹرم میں کام کرنے کے لیے ایک اپ کنورٹر ہوتا ہے اور ایکسائٹونک شمسی خلیوں کے لیے 2eV بینڈ گیپ ≈ 50.7% تھرموڈینامک کارکردگی کی حد کے ساتھ ایکسائٹونک شمسی خلیات غیر نامیاتی اور کرسٹل لائن شمسی خلیوں کے برعکس پابند اور انٹرمیڈیٹ ایکسائٹن ریاستوں کے ذریعے مفت چارج پیدا کرتے ہیں۔ ایکسائٹنک شمسی خلیوں اور غیر نامیاتی شمسی خلیوں (کم ایکسائٹن بائنڈنگ توانائی کے ساتھ) کی کارکردگی 31 فیصد سے زیادہ نہیں ہو سکتی جیسا کہ شاکلی اور کوئسر نے وضاحت کی ہے۔ کیریئر ضرب کیریئر ضرب کے ساتھ تھرموڈینامک کارکردگی کی حدود جذب شدہ ہر فوٹون کے لیے متعدد الیکٹران-ہول جوڑی کی پیداوار میں سہولت فراہم کرتی ہیں۔ تھرموڈینامک اثرات کو مدنظر رکھتے ہوئے فوٹو وولٹک خلیوں کے لیے کارکردگی کی حدود نظریاتی طور پر زیادہ ہو سکتی ہیں۔ سورج کی غیر متمرکز بلیک باڈی تابکاری سے چلنے والے شمسی سیل کے لیے نظریاتی زیادہ سے زیادہ کارکردگی 43 فیصد ہے جبکہ سورج کی مکمل مرتکز تابکاری سے چلنے والے شمسی سیل کے لیے کارکردگی کی حد 85 فیصد تک ہے۔ استعداد کار کی یہ اعلی اقدار تب ہی ممکن ہیں جب شمسی خلیات تابکار دوبارہ ملاپ اور کیریئر ضرب کا استعمال کریں۔ شمسی سیل توانائی کے تبادلے کی کارکردگی فوٹو الیکٹرک اثر شمسی سیل کی کارکردگی حوالہ جات فوٹو وولٹک شمسی سیل تھرموڈینامک عمل کی کوانٹم کارکردگی بھی دیکھیں۔