الفهرس
مقدمة
نتناول في هذا المقال تقنية جديدة نسبياً تعتمد على السيلكون الغير متبلور في تصنيع الخلايا الشمسية الكهروضوئية. وتتطلب هذه التقنية مراحل تصنيع أقصر وأوفر وتدعى بالخلايا الشمسية بتقنية الوصلة الغير متجانسة – Heterojunction Solar Cells HIT.
إنّ تقنيات الخلايا الشمسية تتطور باستمرار وذلك لزيادة أهميتها بالنسبة للعالم أجمع والبحث المستمر للعلماء عن طريقة لرفع الكفاءة للخلايا والتوفير في تكاليف الإنتاج للوصول إلى خلايا وألواح كهروضوئية قادرة على منافسة مصادر الطاقة التقليدية بشكل فعال لنصل يوماً ماً إلى عالم تغذيه كهرباء نظيفة بالكامل.
الفرق بين الوصلة الغير متجانسة والوصلة المتجانسة – Heterojunction vs Homojunction
يمكن تمييز هذين النوعين من الوصلات عن طريق عرض الفجوة الطاقية الخاصة بالمواد المكونة لنصف الناقل ويمكن تعريفهما كالتالي:
الوصلة الغير متجانسة – Heterojunction
هي عملية ربط تظهر بين طبقتين أو أكثر من أنصاف النواقل من الكريستالاين الغير متشابهة حيث تتميز المواد المكونة لأنصاف النواقل هذه بأنها تمتلك فجوات طاقية مختلفة وغير متساوية. أي بالتعريف، يمكن القول عن الوصلة أنها غير متجانسة او متغايرة عندما تكون ناتجة عن ربط مواد أنصاف ناقلة من الكريستالاين ذات قيم مختلفة للفجوة الطاقية.
يتم تصنيع أنصاف النواقل بتقنية الوصلة الغير متجانسة باستخدام تقنية تنضيد الجزمة الجزيئية – molecular beam epitaxy (MBE) أو بتقنية ترسيب الأبخرة كيميائياً – chemical vapor deposition (CVD)للتحكم بدقة بعملية الترسيب وسماكة نصف الناقل.
الوصلة المتجانسة – Homojunction
في هذه الحالة تكون المواد المكونة لنصف الناقل تتمتع بقيمة واحدة للفجوة الطاقية ولكنها تختلف بنسبة الإشابة وهذه الحال لمعظم أنصاف النواقل التي نعرفها والمكونة لمعظم أنواع الخلايا الشمسية الكهروضوئية التجارية.
الخلايا الشمسية بتقنية الوصلة الغير متجانسة – Heterojunction Solar Cells
يتضمن النموذج الأساسي للخلية الشمسية المصنوعة بهذه التقنية طبقة تتوضع من الجهة التي تتعرض للضوء ومصنوعة السيلكون النقي الغير متبلور وتمثل طبقة مخمدة تليها طبقة باعث من السيلكون الغير متبلور ومشاب من نوع p ويتم ترسيب هذه الطبقات بتقنية ترسيب الأبخرة كيميائياً المحسنة بالبلازما – plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). ويوجد فوق طبقات السيلكون طبقة موصلة مؤكسدة شفافة ومضادة للانعكاس – antireflective transparent conductive oxide (TCO) ويتم ترسيبها بتقنية ترسب البخار فيزيائياً – physical vapor deposition (PVD) بينما يتم تصنيع مجمع الشحنات من شبكة معادن مطبوعة.
يتم استخدام مجمع الكترونات وهو مكون من طبقة مخمدة من السيلكون النقي الغير متبلور وطبقة من السيلكون الغير متبلور ومشاب من نوع n وتكون هذه الطبقات أيضاً مرسبة بتقنية PECVD وهنا أيضاً يوجد طبقة معدنية لتجميع الشحنات وطبقة TCO مشابهة لطبقات الوجه الأمامي ويتم ترسيبها بتقنية PVD أيضاً.
يعتمد مبدأ عمل هذه الخلايا على وجود اختلاف في الفجوات الطاقية للطبقات المكونة للخلية الشمسية كما يظهر الشكل 2 والذي يمثل مخطط الفجوات الطاقية الخاصة بالطبقات ضمن الخلية الشمسية حيث تنقسم إلى منطقتين: منطقة تسمح بمرور الالكترونات ولا تسمح بمرور الثقوب وتسبب انعكاسها والمنطقة الثانية مشابهة للمنطقة الأولى ولكنها تقوم بفعل معاكس حيث تسمح بمرور الثقوب ولا تسمح بمرور الالكترونات وتسبب انعكاسها.
أنواع الخلايا الكهروضوئية بتقنية الوصلة الغير متجانسة - Heterojunction Solar Cells
الخلايا الشمسية الخالية من الشوائب (الغير مشابة) – Dopant-Free Solar Cells
ساد لفترة طويلة إعتقاد حول أن إشابة وصلات الخلية الكهروضوئية بمواد بقطبية مخالفة يساهم في زيادة كفاءة الخلية ولكن ظهر مؤخراً أنه يمكن تصنيع خلايا بكفاءة جيدة دون إشابة حيث ظهرت عدة أفكار ونظريات يتوقع منها أن تحقق خلايا بكفاءة مماثلة وأظهرت التجارب خلايا كريستالاين سيليكونية خالية من الشوائب باستخدام خليط من فلوريد الليثيوم LiF و ثالث أكسيد الموليبدينوم MoO3 كوسيط لنقل الثقوب والالكترونات مما يفتح الطريق أمام طرق جديدة لبناء الخلايا الكهروضوئية.
الخلايا الشمسية ذات الوصلات الخلفية المتشابكة – Interdigitated back contacted (IBC)
اعتمدت النماذج التقليدية للخلايا الشمسية على وجود موصلات معدنية لتجميع الشحنات الموجبة والسالبة على الوجه الأمامي والخلفي للخلية ولكن هذا التصميم يسمح بوجود الوصلات على الوجه الخلفي فقط بشكل متشابك وغير متصل مما يمنع التظليل الذي قد ينتج عن هذه الوصلات عندما كانت موجودة على الوجه الأمامي بالإضافة إلى قيمة أعلى للتيار المنتج.
خلاصة
تتطور تقنية الوصلة غير المتجانسة باستمرار وتفتح المجال للمنافسة أمام طرق تصنيع الخلايا الأخرى حيث وصلت كفاءة الخلية المصنوعة بتقنية الوصلة الغير متجانسة حتى 26.7% . كما أنه معالجة هذا النوع من الخلايا تتم تحت درجة حرارة منخفضة (أقل من 250 درجة مئوية) مما يوفر الطاقة أثناء التصنيع، ويمنع تدهور الكتلة، ويمكن من استخدام رقائق ويفر Wafer رقيقة. إن هذه العوامل دفعت العديد من الشركات العالمية لأن تستثمر في هذه التقنية.
لمعرفة المزيد من سلسلة تقنيات رفع إنتاجية الخلايا الشمسية الكهروضوئية من سولارابيك، يمكنكم زيارة أحد المقالات التالية: تقنية نصف الخلية Half Cut Cells، تقنية الخلايا الشمسية الكهروضوئية ذات الوجهين Bifacial PV Cells، و تقنية بيرك PERC.
تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة…
نتمنى لكم يوماً مشمساً!
