سولارابيك – برلين، ألمانيا – 29 أغسطس 2019: أعلن معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية – Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE عن تحقيق رقم قياسي جديد في مجال الخلايا الشمسية وذلك بإنتاج خلايا ثلاثية الوصل Triple Junctions Cells بكفاءة قدرها 34.1%.
وقد أعلن د. أندريس بيت، مدير معهد فراونهوفر، أن الخلايا الكهروضوئية أحادية القطعة ومتعددة الوصلات هي مصدر أمل للاستمرار في تطوير الخلايا الكهروضوئية السيليكونية حيث يمكن تحقيق كفاءة أعلى في تحويل الطاقة الكهروضوئية إلى طاقة كهربائية، وصرح أنه يعتقد أنهم يستطيعون الوصول إلى خلايا بكفاءة 36% والتي تتجاوز الحدود الفيزيائية للخلايا السيليكونية العادية والتي تتمتع بكفاءة قصوى قدرها 29.4%.
ولتحقيق هذه الكفاءة استخدم العلماء في المعهد خلايا كهروضوئية متعددة الوصلات Multi Junctions Cells تم وضع طبقات رقيقة من أنصاف النواقل من نوع الثلاثة خمسة III – V Semiconductor بسماكة بضع ميكرومترات فوق خلية سيليكونية. وتم استخدام ثلاث طبقات بقدرات امتصاص مختلفة للطيف الضوئي لتحقيق أكبر قدر ممكن من الامتصاص للطاقة فكانت الطبقة الأولى من مادة فوسفات الغاليوم إنديوم gallium indium phosphide GaInP والتي تمتص الضوء ضمن مجال الضوء المرئي (300 – 660 نانومتر) وطبقة من زرنيخيد الألمنيوم الغاليوم AlGaAs – Aluminum Gallium Arsenide والتي تعمل ضمن المجال (600 – 840 نانومتر) وهي الأشعة القريبة من الأشعة تحت الحمراء وطبقة من السيليكيون بمجال عمل (800 – 1200 نانومتر) وهي خاصة بالضوء ذو طول الموجة الكبير.
هذه العملية تسمح بزيادة كبيرة وواضحة في كفاءة الخلية بالمقارنة مع الخلية المكونة من وصلة وحيدة كما الخلايا الكهروضوئية السيليكونية التجارية المستخدمة حالياً.
واتبع العلماء الخطوات التالية في تصنيع الخلايا متعددة الوصلات حيث تم استخدام عملية الترابط المباشر لتشكيل هذه الخلايا وهذا يتضمن وضع طبقة نصف الناقل من نوع الثلاثة خمسة فوق طبقة من زرنيخيد الغاليوم GaAs – Gallium Arsenide وبعد ذلك يتم استخدام حزمة من الأيونات لإزالة وإلغاء الأكسدة على سطح أنصاف النواقل في حجرة مفرغة من الهواء قبل أن يتم جمع الطبقات فوق بعضها عند قيم مرتفعة للضغط
تشكل الذرة من نصف الناقل الثلاثة خمسة رابطة مع السيليكون مشكلة وحدة متكاملة، وبما أن الطبقات من GaInP وكذلك AlGaAs والخلية السيليكونية موصولة مع بعضها بنفق من الثنائيات ثم يتم إزالة GaAs باستخدام مياه كيميائية ويتم استخدام وصلات ذات بنية نانومترية على الوجه الخلفي وبطبقة مانع انعكاس ويمكن أن يوصل مع الشبكة.
بشكل عام فإن طريقة ترتيب الطبقات ووضعها قد تحسنت بشكل ملحوظ وتكون الخلايا الأساسية الموجودة في أعلى الخلية مصنوعة من فوسفات الغاليوم إنديوم والتي تضمن تحويل أكبر في الفيض الضوئي ضمن مجال الضوء المرئي.
يعد هذا الإنجاز بالوصول إلى كفاء تحويل الألواح بقيمة 34.1% أمراً مهماً في مجال تطوير الألواح ويفتح أبواباً للمزيد من البحث وتطوير تقنية الخلايا الثلاثة خمسة وبدأ الباحثون بالفعل بتطوير هذه التقنية للوصول إلى كفاءة 36%.
تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة…
نتمنى لكم يوما مشمساً!
المصدر: معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية – Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE
