هل انتهى عصر خلايا الـ PERC؟

مقدمة

هيمنت الألواح الشمسية المصنعة بتقنية خلايا النمط الموجب «P-Type» على الأسواق في السنوات الماضية وشكلت ما نسبته 90% من الحصة السوقية حتى نهاية عام 2021، وساهم في انتشارها أسباب عديدة وأهمها سعرها المنافس مقارنة بألواح خلايا النمط السالب «N-Type» التي تتميز بالكفاءة العالية إلا أنها سعرها كان مرتفعاً جداً. ومع تطور تقنيات التصنيع انخفض سعر الخلايا الشمسية بتقنية الـ«N-Type»، كما أصبح الفرق بين كفاءة النمطين كبير، وبالتالي أصبحنا نشهد تحولاً في الأسواق نحو الألواح الشمسية المصنعة بخلايا «N-Type»، ولكن هل هذا يعني هذا انتهاء عصر خلايا الـ«PERC»؟ هذا ما سنتحدث في هذا المقال.

أجيال تقنيات الخلايا الشمسية

تنقسم خلايا الألواح الشمسية إلى نوعين رئيسيين وفقاً لقطبية طبقة السيليكون الغالبة فإما أن تكون خلايا «النمط N –N-Type» أو خلايا «النمط P –P-Type»، وتعتبر الخلايا الشمسية المصنعة بتقنية الـ«PERC» من الجيل الأول لتقنية الخلايا الشمسية من تقنية  الـ«P-Type» وهي أشهر جيل من أجيال هذه التقنية، وكانت جامعة نيو ساوث ويلز في أستراليا أول من طور هذه التقنية في عام 1983، بعد ذلك استخدمتها العديد من الشركات المصنعة للألواح الشمسية على نطاق واسع منذ 2010.

ووفقاً لتوجه الأسواق والشركات المصنعة للخلايا فمن المتوقع أن تحل خلايا الـ«توب كون – TOPCon» الجديدة والمبنية على تقنية الـ«N-Type» محل خلايا الـ«PERC».

تمت صناعة أول خلية شمسية باستخدام تقنية «TOPCon» لأول مرة في 1983 وفي 2009 صنع أول لوح شمسي باستخدام هذه التقنية ثم تم تقديمها لأول مرة بشكل رسمي من قبل معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية في ألمانيا في عام 2014، ويمكن ألواح هذه التقنية على أنها الجيل الثاني من خلايا الـ«PERC» لكن بتقنية الخلايا السالبة.

تتشكل الخلايا الشمسية المكونة لألواح الـ«TOPCon» عن طريق إضافة طبقة التخميل التي تتكون من طبقة من أكسيد السيليكون على الجزء الخلفي من الخلية وطبقة من السيليكون المشاب، مما يسمح لحاملات الشحنة الأكثرية بالمرور وإعاقة مرور حاملات الشحنة الأقلية بالتالي تقلل من إعادة الاتحاد في طبقة الفجوة الموجودة بين طبقتي السيليكون في الخلية مما يزيد من كفاءة اللوح الشمسي.

بالإضافة إلى تقنية خلايا الـ«TOPCon» ظهرت تقنية أخرى من نفس الجيل تسمى «HJT» إلا أن تكاليف إنتاجها ما زالت باهظة مما يسبب تأخر اعتمادها وانتشارها في الوقت الحالي.

الفرق بين تقنية الـ«TOPCon» وتقنية الـ«PERC»  

لغاية الأعوام القليلة الماضية كانت تكاليف إنتاج خلايا الـ«TOPCon» أعلى بكثير من إنتاج خلايا الـ«PERC»، كما أنها تعقيداً وتحتاج إلى خطوط إنتاج خاصة مكلفة، بالإضافة لذلك فإن عمليات تنظيف السيليكون الذي يترسب على الخلايا أثناء عملية التصنيع مكلفة جداً وهذا ما أدى إلى انتشار واعتماد خلايا الـ«PERC».

لم يدم هذا طويلاً نظراً إلى أن خلايا الـ«PERC» قد وصلت لأعلى نسبة كفاءة تحويلية مقارنة بالكفاءة المخبرية أو وفقاً للدراسات والأبحاث إذ وصلت كفاءتها الفعلية إلى 24.1% مقارنة بنتائج الكفاءة التحويلية النظرية والتي تبلغ 24.5% ولا يمكن تحقيق نسبة كفاءة أعلى أو حتى أن النسبة المتبقية ضئيلة جداً لتصرف الشركات المزيد من الجهود لتحقيقها. بالإضافة إلى المشاكل التي قد تواجه خلايا الـ«PERC» التي تتسبب بتراجع أداءها أو تلفها مثل التحلل الناجم عن الضوء «LID» وهو فقدان الخلية جزء من كفاءتها بعد تعرضها للضوء لأول مرة أو التراجع المستحدث المحتمل «PID» الذي يتسبب بتراجع أداء الخلية بنسبة 30%. هذا ومقارنة بخلايا الـ«TOPCon» التي يمكن أن تبلغ كفاءتها التحويلية إلى 28.7% والتي ما زال بالإمكان تطويرها للحصول على كفاءة ونتائج أفضل للطاقة.

 كما أن جهد الدارة المفتوحة لخلايا «TOPCon» أعلى ويمكن تطبيق هذه التقنية على ألواح الـ«N-Type» وألواح الـ«P-Type»، أما استخدامها فهو محدود جداً ومحصور في بعض التطبيقات التي تتطلب كفاءة عالية بغض النظر عن التكلفة.

وانخفضت أيضاً تكاليف إنتاج خلايا الـ«TOPCon» خلال السنتين الماضيتين وأصبح بإمكان الشركات التعديل على خطوط الإنتاج لتكون قادرة على إنتاجها بدلاً من إنشاء خطوط إنتاج خاصة بها.

الشركات التي استبدلت تقنية الـ«PERC» في صناعة ألواحها الشمسية

قامت العديد من هذه الشركات بصناعة ألواح مبينة على تقنية الـ«PERC» وتحولت إلى صناعة ألواح الـ«TOPCon» أو غيرها وهي:

• شركة «جينكو سولار – Jinko Solar» الصينية وهي من أوائل الشركات التي بدأت بإنتاج ألواح الـ«TOPCon» وحققت ألواحها كفاءة تصل إلى 25.7%
• شركة «ترينا سولار – Trina Solar» الصينية أعلنت عن البدء باستخدام هذه التقنية وتحقيق كفاءة إنتاجية تصل إلى 26% ووصلت القدرة الإنتاجية للوح 700 واط.
• شركة «ايه إي – AE Solar» واستخدمت الشركة الألمانية تقنية الـ«TOPCon» وحققت كفاءة تصل إلى 23.5% ووصلت القدرة الإنتاجية للوح 450 واط.
• شركة «سن تيك – Suntech» وهي شركة صينية قامت بإطلاق سلسلة ألواح وحققت كفاءة تصل إلى 22.5% وقدرة إنتاج هذه الألواح 460 واط.
• شركة «كانيديان سولار – Canadian Solar» الكندية وقامت بتطوير سلسلة ألواح مبنية على تقنية الـ«TOPCon» وحققت الألواح كفاءة تصل إلى 21.3% وكانت القدرة الإنتاجية للألواح 335 واط.
• شركة «لونجي  – LONGi» التي أطلقت في نهاية عام 2022 ألواح «Hi-MO 6» الشمسية والمبنية على خلايا الـ«HPBC» والتي تفوقت على ألواح الـ«PERC» بمتوسط ​​زيادةٍ في توليد الطاقة وصلت إلى 10% إذ وتبلغ كفاءتها 22.8%.

أخيراً، لا يمكن الجزم بأن زمن ألواح الـ«PERC» قد انتهى بالفعل، لكن بالتأكيد سنشهد تحولاً في توجه الشركات والأسواق نحو صناعة ألواح الـ«TOPCon» بفضل كفائتها العالية وانخفاض سعرها الذي سيصل قريباً إلى سعر ألواح تقنية الـ«PERC»، وحسب مجلة «PV Magazine» فإن الحصة السوقية لألواح الـ«TOPCon» ستصل إلى 70% بحلول 2025 ومن المحتمل كذلك أن ترتفع هذه النسبة مستقبلاً.

تابعونا على لينكيد إن  Linked-in لمعرفة كل جديد عن الطاقة الشمسية..

نتمنى لكم يومًا مشمسًا..

المصادر:  PV Magazine مؤتمر تقنيات الطاقة الكهروضوئية في الشرق الأوسط وشمال أفريقيا 2023