ما الفرق ما بين الخلايا الشمسية الكهروضوئية من نمط N-Type ونمط P-Type؟

بالرغم من أن تقنيات تصنيع الخلايا والألواح الشمسية الكهروضوئية تطورت مع الوقت لتشمل تطورات مثل تقنية بيرك PERC والتي حسنت كفاءة الخلايا الشمسية بشكل كبير، والخلايا ذات الوجهين Bifacial والتي سمحت بتوليد الكهرباء من كلا الوجهين في الخلية، إلا أن نمط الخلايا الكهروضوئية P-Type هيمن على معظم الخلايا المصنعة عالمياً خلال العقود الأربعة الماضية.

نقوم في هذا المقال التعليمي بتوضيح مبدأ عمل الخلايا الشمسية الكهروضوئية من نمط P، ومن ثم توضيح مبدأ عمل الخلايا من نمط N والتي تعد البديل المباشر للنمط P، ومن ثم نقوم بعقد مقارنة فيما بين النمطين.

الخلايا الشمسية الكهروضوئية من نمط P

يرمز حرف P إلى كلمة Positive ويعني أن حاملات الشحنة في نصف الناقل تعتبر موجبة ويتم تشكيلها كالتالي:

ترتبط ذرة من العمود الرابع في الجدول الدوري والتي تحتوي على 4 الكترونات حرة في مدارها الخارجي مع ذرة من العمود الثالث في الجدول الدوري والتي تحتوي على 3 الكترونات. عند الإشابة تتشكل روابط بين ثلاث الكترونات مع مقابلاتها ويبقى الكترون دون رابطة مما يسبب تشكل ثقب مكان الالكترون وعند وضع العديد من الذرات يتشكل العديد من الثقوب وتكون شحنتها موجبة وهي التي تقوم بنقل الكهرباء، فعند تعرض الخلية للإشعاع الشمسي يتحرك الالكترون من ذرة باتجاه الثقب ويتشكل ثقب جديد مكان الالكترون المنتقل وعليه يتولد التيار الكهربائي ويسير بالدارة.

تسمى الناقلية هنا بالناقلية الثقوبية أي أنها تعتمد على الثقوب وتعتبر حاملات الشحنة الأكثرية في حين الالكترونات تشكل حاملات الشحنة الأقلية.

الخلايا الشمسية الكهروضوئية من نمط P
Source: Australian Academy of Science

الخلايا الشمسية الكهروضوئية من نمط N

يرمز حرف N إلى كلمة Negative ويعني أن حاملات الشحنة في نصف الناقل هي سالبة وهي الالكترونات نفسها ويتم تشكيلها بطريقة مشابهة للخلايا نمط P ولكن يقع الاختلاف في كون الذرات المستخدمة هي ذرات من العمود الرابع من الجدول الدوري مع ذرات من العمود الخامس تحتوي على 5 الكترونات في مدارها الخارجي. وعند الإشابة يبقى الكترون زائد دون رابطة حيث يتم تشكيل 4 روابط بين 8 الكترونات وهذا الالكترون يكون حراً. ينتقل عند تعرض الخلية للإشعاع الشمسي مسبباً تشكيل التيار الكهربائي.

تسمى الناقلية هنا بناقلية الالكترونات وتعتبر الالكترونات حاملات الشحنة الأكثرية.

الخلايا الشمسية الكهروضوئية من نمط N
Source: Australian Academy of Science

لماذا تهيمن الخلايا من نمط P-Type على سوق الألواح الشمسية الكهروضوئية على حساب الخلايا من نمط N-Type؟

على الرغم من أن أول خلية شمسية في التاريخ كانت من نمط N، ففي يومنا هذا تعد الخلايا من نمط P هي الأساس في صناعة الخلايا الشمسية والألواح، وهنا نجيب عن السبب في ذلك.

وفي البداية كانت الهدف من الألواح الشمسية أن تؤمن الطاقة الكهربائية للمحطات الفضائية والأقمار الاصطناعية وكان العلماء قد وجدوا أن الخلايا من نمط P تتميز بقدرة أكبر على مقاومة الإشعاعات وأقل عرضة للتآكل والتلف بسبب زمن الاستخدام الطويل مما جعل التوجه في التصنيع والتطوير يرتكز على الخلايا نمط P.

بالرغم من ذلك فإن مصنعي الألواح الشمسية مازالوا يعملون على تطوير الخلايا نمط N وتصنيع الألواح منها لما تقدمه من ميزات مثل مناعة هذه الخلية للأثار الناتجة عن تفاعل الاوكسجين مع البورون (Boron and Oxygen Defects) لكونها تعتمد على الفوسفور عنصر مشيب بدلاً من البورون والذي يسبب انخفاض في كفاءة الخلية مع الوقت كما يقلل من نقاوة الخلية كما يحدث في الخلايا نمط P.

مقارنة خلايا P-Type مع N-Type

 الخصائصP-TypeN-Type
عنصر الإشابةالبورونالفسفور
نوع الناقليةناقلية ثقوبيةناقلية الالكترونات
الوضع الحالي في السوقالتقنية مسيطرة على السوق العالميالتصنيع التجاري قليل
الكفاءةأقل لعدة أسباب مثل تفاعل الاوكسجين مع البورونأعلى بسبب عدم استخدام البورون كمشيب وبسبب عدم التعرض لمشاكل مثل LID
مشكلة LID « Light Induced Degradation effect»نعملا
التكلفةأخفض بسبب الكمية الكبيرة المنتجةأعلى بسبب قلة البحوث و الإنتاج التجاري
التطور المستقبلييتوقع بأن تقل نسبة هيمنة هذه التقنية مع الوقت ولكن من الصعب التنبؤ ما إن كانت هذه التقنية ستبقى موجودة خلال العشرة أعوام القادمةالتطور المستقبلي يتعلق بقدرة المصنعين على تخطي مشاكل الجودة و حاجز السعر
مقارنة سولارابيك

خلاصة

تبين المخطط البياني لتكنولوجيا الخلايا الكهروضوئية (ITRPV)، أن حصة خلايا نمط P من السوق ستبلغ حوالي 30% بحلول عام 2028، بينما حصة الخلايا نمط N سترتفع لتقارب 28% في حين كانت تبلغ 5% في عام 2017.

حصة خلايا نمط P من السوق
Source: ITRPV

هذا يعود لكون توجه السوق يتجه نحو الحصول على الخلايا ذات الكفاءة الأعلى في الوقت الحالي ويعمل المصنعون على تأمين هذه المتطلبات والمتوفرة في خلايا نمط N بالمقارنة مع خلايا نمط P، ولايبدو واضحاً بعد إذا كانت خلايا من نمط N ستسيطر على السوق مقابل خلايا نمط P أو سيصبح السوق مكوناً من كلا النمطين بحيث كل مستخدم يختار مايناسبه، ومؤخراً أعلنت شركة جنكو سولار الصينية عن لوحها الأسود بالكامل وهو من خلايا نمط N.

نتمنى لكم يوما مشمساً!

المصادر

حنا ندروس

مهندس طاقة كهربائية محرر في القسم التعليمي وأخبار الطاقة المتجددة ومهتم بأبحاث الطاقة المتجددة بشكل عام والطاقة الشمسية بشكل خاص.

5 thoughts on “ما الفرق ما بين الخلايا الشمسية الكهروضوئية من نمط N-Type ونمط P-Type؟

  • مايو 5, 2020 at 9:40 مساءً
    Permalink

    عندي استفسار بخصوص المقال، انا بعرف انو الخلية الكهروضوئية هي عبارة عن PN junction فبالتالي كلا النمطين يدخل في تصنيع الخلية

    Reply
  • مايو 6, 2020 at 2:32 مساءً
    Permalink

    كلامك صحيح.
    ولكن الاختلاف يتعلق بنوع المواد الداخلة في تركيب الـ PN Junction، حيث تختلف المواد عندما نريد الحصول على خلية شمسية نمط N أو نمط P وبالتالي تختلف حاملات الأكثرية المسؤولة عن نقل التيار الكهربائي بعد توليده بالفعل الكهروضوئي ضمن الخلية الكهروضوئية، حيث تكون حاملات الأكثرية هي الثقوب في الخلايا نمط P والالكترونات في الخلايا نمط N.

    أتمنى أن أكون تمكنت من الإجابة على استفسارك بشكل مفيد، وللمزيد من الاستفسارت والأسئلة نحن موجودون بالخدمة دائماً، سواء عبر منصات التواصل الاجتماعي المختلفة الخاصة بنا أو في التعليقات على المقالات في الموقع.
    حنا ندروس recently posted…شركة بلاتيو سولار تطور خلايا شمسية كممرات طرقية مصنوعة من زجاج بلاستيكي معاد تدويرهMy Profile

    Reply
  • مايو 27, 2020 at 9:49 مساءً
    Permalink

    Если Вы желаете подобрать и купить себе фирменную мужскую одежду Calvin Klein, Michael Kors, Polo Ralph lauren, Diesel, Tommy Hilfiger, Sperry или женские сумки,кошельки CALVIN KLEIN по низкой цене со скидками – заказывайте товар в интернет-магазине triamart.com.ua в Киеве и подберете по своему вкусу! Большой ассортимент , только оригинальной продукции известных брендов удовлетворят Ваши предпочтения. Быстро доставляем заказы по Киеву и всей Украине. Поможем подобрать, проконсультируем по размерам по телефону +38-093-538-7170.
    Качество, подлинность товара и выгодные цены гарантируем!
    Брендовый магазин одежды, обуви и аксессуаров

    Reply
  • Pingback:شركة جوليوود تنجح بتشييد مصنع للألواح الشمسية خلال 110 أيام بسعة إنتاجية 1.8 جيجاواط

اترك تعليقاً

You have to agree to the comment policy.

error: جميع الحقوق محفوظة لسولارابيك

هل تشاركونا الشغف؟

احصلوا على أفضل العروض على برامجنا التدريبية وأحدث أخبار الطاقة المتجددة والاستدامة

هل تشاركونا الشغف؟

احصلوا على أفضل العروض على برامجنا التدريبية وأحدث الوظائف وأخبار الطاقة المتجددة