أنواع الخلايا الشمسية

أنواع الخلايا الشمسية

يُمكن تصنيع ألواح الخلايا الشمسية من عدّة مواد وبطرق مختلفة، لكنّ جميع الخلايا الشمسية تشترك في مبدأ عملها؛ وهي تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية،[١] ومن أنواع الخلايا الشمسية ما يأتي:

خلايا شمسية سيليكونية أحادية البلورة

صُنعت الخلايا الشمسية في البداية من السيليكون أحادي البلورية، ممّا يعني أنّها كانت مُصنّعة من السيليكون النقي، ومن الجدير بالذكر أنّ عملية تصنيعها تبدأ بسحب بلورة بذرية من كتلة من السيليكون المصهور بهدف الحصول على سبيكة أسطوانية في بناء بلوري واحد متصل، بعدها تُقصّ البلورات إلى رقائق، ومن ثمّ تُصقل لبناء وصلة الموجب والسالب التي تُسمّى (بالإنجليزية: p-n Junction)، ثمّ تُطلى فيما بعد بطبقة مضادة للانعكاس، وأخيراً تُجمّع لتكوّن الخلية الشمسية، ويُشار إلى أنّ هذه الخلايا تمتاز بكفاءة عالية لكنّ عملية تصنيعها بطيئة وطويلة، ممّا يجعلها ذات سعر مرتفع مقارنةً بالأنواع الأخرى.[١]

خلايا شمسية سيليكونية متعددة البلورات

تُصنّع خلايا السيليكون الشمسية متعددة البلورات من سبائك سيليكونية مُربّعة الشكل، وتتمّ عملية تصنيعها من خلال تبريد السيليكون المصهور وصبّه في كتل مُقسّمة إلى ألواح رفيعة، وينتُج عن تصلّبها خلايا تحتوي على العديد من البلورات، ومن الجدير بالذكر أنّ سطح هذه الخلايا يكون أقلّ فعاليةً في امتصاص أشعة الشمس مُقارنةً بسطح الخلايا السيليكونية أحادية البلورة، وبالتالي فإنّها تُنتج كميةً أقلّ من الطاقة الكهربائية، ولتعويض ذلك يكون حجمها أكبر من الخلايا الأخرى، ممّا يعني حاجتها لمساحة أكبر، لكنّ ذلك لا يُلغي أنّ عملية تصنيعها أسهل وسعرها أقلّ.[٢]

الخلايا الشمسية الرقيقة

تُحوّل الخلايا الشمسية الرقيقة الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية من خلال التأثير الكهروضوئي، وتتكوّن من طبقات مادة لها قدرة عالية على امتصاص فوتونات الضوء مُثّبتةً فوق ركيزة مرنة، ومن الجدير بالذكر أنّها قُدّمت للعالم في السبعينيات من قِبل باحثين في قسم الطاقة في جامعة ديلاوير في الولايات المتحدة الأمريكية، ومن ثمّ تطوّرت هذه التكنولوجيا تِباعاً حتّى وصلت للشكل الموجود اليوم، والذي يُستخدم بشكل واسع بسبب انخفاض سعرها وكفاءتها الجيدة.[٣]

الخلايا الشمسية ذات الكفاءة العالية

طُوِّرت الخلايا الشمسية بسبب الحاجة لخلايا شمسية ذات كفاءة أعلى، لكنّ تكاليف صناعتها والمواد اللازمة لذلك تسبّبت في جعل انتشارها محدوداً حتّى اللحظة، ومن أنواعها ما يأتي:

• خلايا زرنيخيد الغاليوم: تُعد مادة زرنيخيد الغاليوم من المواد شبه الموصلة المشهورة في عالم الخلايا الشمسية، حيث يُمكن لكفاءتها أن تصل حتّى 30%، إذ تمتاز بخصائص كهربائية جيدة، بالإضافة إلى مقاومتها للحرارة.[١]
• الخلايا الشمسية متعددة الوصلات: يتمّ تطوير الخلايا الشمسية بشكل متسارع، وتُعدّ الخلايا الشمسية مُتعدّدة الوصلات تكنولوجيا حديثة قد ترفع من كفاءة الخلايا الشمسية في المستقبل لِما تملكه من قدرة على امتصاص أطوال موجية مختلفة من الإشعاع الشمسي باستخدام طبقات متعددة، ممّا يجعلها أكثر كفاءة من الخلايا أحادية الوصلة.[٤]

الخلايا التكنولوجية المُستجدة

يُمكن استخدام العديد من المواد للاستفادة من الإشعاع الشمسي في توليد الطاقة كما هو الحال عند استخدام المواد العضوية في خلايا بيروفسكايت الشمسية (بالإنجليزية: Perovskite solar cells) ذات البناء البلوري المُحدّد، كما تحتوي هذه الخلايا على العديد من المواد، مثل الكلور، والبروم، واليود، والرصاص، وهي رخيصة نسبياً وذات كفاءة عالية، لكنّها محدودة الاستخدام بسبب قصر عمرها، ويُشار إلى وجود أنواع أخرى من الخلايا، ومنها ما يأتي:[١]

• الخلايا الشمسية العضوية: تتكوّن من طبقات مبلمرة ذات كفاءة وانتشار محدودَين بالرغم من رخص ثمنها.
• الخلايا الشمسية الصبغية: تُصنع من ثنائي أكسيد التيتانيوم، وتغلّف بطبقة رقيقة جداً من المُحسّسات، حيث تعتمد على تكنولوجيا النانو في التصنيع، ومن الجدير بالذكر أنّها لا تزال تحت الفحص المخبري التجريبي بالرغم من كفاءتها العالية نظرياً.

المراجع

1. ^ أ ب ت ث Bethel Afework, Jordan Hanania, Kailyn Stenhouse, and others (2018-6-25), “Types of photovoltaic cells”، energyeducation.ca, Retrieved 2021-5-31. Edited.
2. ↑ Dennis S (2020-10-8), “Polycrystalline Silicon Cells: production and characteristics”، Sinovoltaics.com, Retrieved 2021-5-31. Edited.
3. ↑ Daniel Burgess (2020-1-23), “Thin-film solar cell”، www.britannica.com, Retrieved 2021-5-31. Edited.
4. ↑ Mark C (2020-4-21), “Multi-junction solar cells: what you need to know”، news.energysage.com, Retrieved 2021-5-31. Edited.