ملخص:
إذا كنت أحد الراغبين في معرفة المزيد حول تقنيات زيادة كفاءة الألواح الشمسية، فهذه المقالة ستقدم لك ما تحتاجه للتعرف على إحدى التقنيات الهامة في عالم الطاقة الشمسية ألا وهي تقنية الخلايا الشمسية غير .(HJT: Heterojunction Technology) المتجانسة
مقدمة:
بدأ تطوير هذه التقنية منذ ثمانينات القرن الماضي، ولكنها لم تأخذ بالانتشار على المستوى التجاري والعالمي حتى السنتين السابقتين حيث بلغت الحصة السوقية للألواح المصنعة بهذه التقنية خلال عام 2021 ما نسبته 5%، وذلك وفقاً لتقرير المختبر الوطني للطاقات المتجددة لعام 2022.
بنية الخلايا الشمسية غير المتجانسة:
تجمع هذه التقنية في بنيتها بين تقنيتي الخلايا الرقيقة (Thin-Film) والتقنية الكهروضوئية التقليدية (Crystalline Silicon). حيث تحتوي على ثلاث طبقات وهي:
- السيليكون البلوري Crystalline Silicon (c-Si).
- السيليكون غير البلوري Amorphous Silicon (a-Si).
- الأكسيد الشفاف الموصل transparent conductive oxide (TCO).
وظائف الطبقات ضمن الخلية:
- يتم طباعة طبقة (TCO) على كل من الوجهين الأمامي والخلفي للخلية، وغالباً ما يتم استخدام أكسيد قصدير الإنديوم Indium Tin Oxide (ITO) لتشكيل هذه الطبقات والتي تلعب دوراً هاماً في منع انعكاس الضوء عند وروده إلى الوجه الأمامي للخلية، وإعادة توجيه الأشعة غير الممتصة مرة ثانية عند ورودها إلى الوجه الخلفي لمحاولة الاستفادة منها. هنا تتوجب الإشارة أن بنية طبقة الـ (TCO) الأمامية تمتلك تركيباً مغايراً للطبقة السفلية بحيث تسمح لأكبر كمية من الضوء بالمرور من خلالها.
- أما فيما يخص طبقات السيليكون غير البلوري -والتي غالباً ما يتم استخدامها في تقنيات الخلايا الرقيقة-يتم بداية هدرجة هذه الطبقة (a-Si:H) لتسهيل تخديرها والحصول على فجوة نطاق أكبر.
- تقوم a-Si:H(i) باستقبال الاشعاع الضوئي وتحويل قسم صغير منه إلى طاقة وتمرير الاشعاع المتبقي إلى طبقة السليكون البلوري (c-Si) والتي تقوم بتحويل الجزء الأكبر من الاشـعاع الشمسي إلــى طـــاقة كهربائيــة. وتقوم الطـبقة الثــــالثة a-Si:H(i) بمحاولة امتصاص ما تبقى من الأشعة الشمسية.
- تلعب طبقات a-Si:H(P+) و a-Si:H(n+) الموضحة في الصورة دوراً هاماً في التقليل من سرعة عملية إعادة التركيب (Recombination Velocity) وبالتالي تحسين الكفاءة.
كيف تساعد هذه الخلايا في تحسين الكفاءة؟
- يزيد وجود ثلاث طبقات من ملية تحويل الاشعاع الشمسي إلى طاقة كهربائية.
- يساعد انعكاس الاشعة عن السطح الخلفي في تقليل امتصاص الأشعة غير الفعالة، وبالتالي تجنب ارتفاع درجة حرارة الخلية وبالتالي اللوح.
- التقليل من ظاهرة إعادة التركيب السطحي للإلكترونات وبالتالي التقليل من الضياعات داخل الخلية.
الخلاصة:
بالنظر إلى الكفاءة المخبرية المرتفعة التي تم الوصول إليها باستخدام هذه التقنية حتى لحظة كتابة هذه المقالة والتي بلغت 26.6% من قبل شركة LONGI، فإننا بانتظار قفزة نوعية جديدة في مجال زيادة مردود ألواح الطاقة الشمسية على المستوى التجاري.
