ملخص:
تقدم هذه المقالة لمتابعينا نظرة عاملة حول الخلايا الشمسية المصنعة بتقنية تخميل الطبقة الخلفية (Passivated Emitter and Rear Contact) وتسمى اختصاراً بتقنية بيرك (PERC) أو خلايا بيرك.
مقدمة:
تعتبر هذه التقنية إحدى تقنيات رفع كفاءة الألواح الشمسية، والتي تتيح تحويل كمية أكبر من ضوء الشمس إلى كهرباء دون الحاجة لإجراء تغييرات جذرية في بنية الخلايا الشمسية ومبدأ عملها.
هذه الخلايا غير جديدة على المستوى التقني، فقد اخترعها العالم الأسترالي مارتن جرين وفريقه في جامعة نيو ساوث ويلز عام 1983. أما على المستوى التجاري فيمكن اعتبارها حديثة نسبياً، حيث توجب بدايةً حل بعض المشاكل المتعلقة بحساسية هذه الخلايا لمشكلة التدهور الناتج عن الضوء (LID) والتدهور الناتج عن التوتر (PID) قبل طرحها في الأسواق.
بنية خلايا بيرك:
تشابه خلايا بيرك في بنيتها الخلايا التقليدية، مع فارق بسيط وهو زرع طبقة تخميل في الوجه الخلفي للخلية باستخدام أوكسيد الألومينيوم أو أكسيد السيليكون، ولتأمين اتصال الناقل الخلفي مع الخلية الشمسية (الطبقة نصف الناقلة) يتم حفر طبقة التخميل بدقة باستخدام مواد كيميائية خاصة أو بالاستعانة بتقنية الليزر، كما يتم إضافة مادة عازلة من -نتريد السيليكون (SiNx)-بين طبقة التخميل والناقل الخلفي (Rare Contact).
بنية خلايا PERC
فوائد إضافة طبقة التخميل:
يوضح المختصون في هذا المجال أن إضافة هذه الطبقة يقدم مجموعة من الفوائد يمكن تلخيصها بما يلي:
- تنقص هذه الطبقة من سرعة إعادة التركيب لحاملات الشحنة (Recombination Velocity)، حيث أن زيادة سرعة عملية إعادة التركيب تؤثر على قيمة كل من توتر اللاحمل وتيار القصر للخلية. ويتم ذلك هذه عن طريق تقليل سطح التلامس للناقل الخلفي مع طبقة نصف الناقل المشابة وبالتالي زيادة كثافة التيار.
- تزيد قدرة الخلية الشمسية على الاستفادة من ضوء الشمس، حيث تقوم بعكس الضوء غير الممتص مرة ثانية باتجاه الخلية مما يزيد من احتمالية الاستفادة منه في توليد التيار الكهربائي.
- تستطيع الخلايا الشمسية التقليدية توليد الطاقة الكهربائية من الإشعاع الشمسي عند أطوال موجية محددة، أما الأشعة ذات الأطول الموجية المغايرة فإنها تصطدم بالطبقة الخلفية وتتحول طاقتها إلى طاقة حرارية تقلل من كفاءة هذه الخلايا. بينما تساعد طبقة التخميل ضمن خلايا بيرك في عكس هذه الأشعة خارج الخلية وبالتالي تجنبها بعض الزيادة في قيمة درجة الحرارة.
كفاء خلايا بيرك:
يمكن للخلايا الشمسية السيليكونية أحادية البلورية الحديثة تحويل حوالي 19-20٪ من طاقة الفوتونات الواردة إلى طاقة كهربائية، بينما استطاعت للألواح المصنعة باستخدام خلايا بيرك زيادة هذه الكفاءة لتصل حتى 24٪.
واقع خلايا بيرك خلال عام 2021:
يوضح الشكل الآتي الحصة السوقية لخلايا بيرك لعام 2021 وفقاً لما ورد خلال تقرير المخبر الوطني للطاقات المتجددة (NREL) المنشور بتاريخ 22/5/2022.
الحصة السوقية لمختلف تقنيات تصنيع الألواح الشمسية خلال عام 2021
كل ما كتب بالتنسيق المائل يعبر عن فهم الكاتب للأفكار المطروحة وتلخيصه لها.
