أنواع الخلايا الشمسية
تتعدد المواد والطرق المستخدمة في تصنيع ألواح الخلايا الشمسية، لكنها تشترك جميعها في نفس المبدأ الأساسي؛ وهو تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية. ويمكن تصنيف الخلايا الشمسية إلى الأنواع التالية:
الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون أحادي البلورة
كانت الخلايا الشمسية في بداياتها تُصنع من السيليكون أحادي البلورة، مما يعني أنها تُنتج من السيليكون النقي. تبدأ عملية تصنيعها بسحب بلورة بذرية من كتلة من السيليكون المصهور، مما يؤدي إلى إنتاج سبيكة أسطوانية مكونة من بلورة واحدة متصلة. بعد ذلك، يتم تقطيع البلورات إلى شرائح، ثم تُصقل لإنشاء وصلة الموجب والسالب المعروفة باسم (p-n Junction). بعد ذلك، تُطلى بطبقة مضادة للانعكاس، وأخيرًا يتم تجميعها لتشكيل الخلايا الشمسية. تُعرف هذه الخلايا بكفاءتها العالية، على الرغم من أن عملية تصنيعها طويلة ومكلفة، مما يجعل أسعارها مرتفعة مقارنةً بالأنواع الأخرى.
الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون متعدد البلورات
تُنتج خلايا السيليكون الشمسية متعددة البلورات من سبائك سيليكونية مربعة الشكل، حيث يتم تصنيعها عن طريق تبريد السيليكون المصهور وصبّه في كتل مقسمة إلى لوحات رفيعة. ينتج عن عملية التصلب خلايا تحتوي على عدة بلورات. ومن المهم الإشارة إلى أن فعالية سطح هذه الخلايا في امتصاص أشعة الشمس أقل مقارنةً بسطح الخلايا أحادية البلورة، مما يقلل من إنتاجها للطاقة الكهربائية. لتعويض ذلك، يتطلب الأمر حجمًا أكبر للخلايا، مما يعني الحاجة إلى مساحة أكبر، ومع ذلك، فهي تُعتبر أسهل وأرخص في عملية تصنيعها.
الخلايا الشمسية الرقيقة
تعمل الخلايا الشمسية الرقيقة على تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية عبر التأثير الكهروضوئي، وتتكون من طبقات من مواد ذات قدرة عالية على امتصاص الفوتونات، مثبتة فوق ركيزة مرنة. يُذكر أن هذه التكنولوجيا تم تقديمها للعالم في السبعينيات بفضل جهود باحثين من قسم الطاقة في جامعة ديلاوير في الولايات المتحدة، وقد تطورت هذه التكنولوجيا تدريجياً حتى وصلت إلى هيئتها الحالية، مما جعلها شائعة الاستخدام نظرًا لانخفاض تكلفتها وكفاءتها الجيدة.
الخلايا الشمسية ذات الكفاءة العالية
تم تطوير الخلايا الشمسية لتلبية الحاجة إلى زيادة الكفاءة، ولكن تكلفة تصنيعها والمواد المطلوبة جعلت انتشارها محدوداً حتى الآن. تشمل أنواع هذه الخلايا ما يلي:
- خلايا زرنيخيد الغاليوم: تُعتبر من المواد شبه الموصلة المهمة في عالم الخلايا الشمسية، حيث تصل كفاءتها إلى 30%. تتميز بخصائص كهربائية ممتازة، بالإضافة إلى مقاومتها العالية للحرارة.
- الخلايا الشمسية متعددة الوصلات: تُعد من التطورات الحديثة في مجال الخلايا الشمسية، حيث يمكن أن تزيد كفاءتها بفضل قدرتها على امتصاص أطوال موجية متنوعة من الإشعاع الشمسي باستخدام طبقات متعددة، مما يجعلها أكثر كفاءة من الخلايا أحادية الوصلة.
الخلايا الشمسية المتطورة
تُستخدم مجموعة من المواد لاستغلال الإشعاع الشمسي في تأمين الطاقة، كما هو الحال مع المواد العضوية المستخدمة في خلايا بيروفسكايت الشمسية (Perovskite solar cells)، والتي تتميز بتكوينها البلوري المحدد. تحتوي هذه الخلايا على عدة مواد مثل الكلور والبروم واليود والرصاص، وهي تعتبر منخفضة التكلفة وعالية الكفاءة، ولكن استخداماتها محدودة بسبب عمرها الافتراضي القصير. كما توجد أنواع أخرى من الخلايا مثل:
- الخلايا الشمسية العضوية: تتكون من طبقات مبلمرة وتتميز بكفاءة وانتشار محدودين، رغم أنها ذات تكلفة منخفضة.
- الخلايا الشمسية الصبغية: تُنتج من ثنائي أكسيد التيتانيوم وتُغطى بطبقة رقيقة جدًا من المحسّنات، حيث تعتمد في تصنيعها على تكنولوجيا النانو؛ وعلى الرغم من كفاءتها العالية من الناحية النظرية، إلا أنها لا تزال قيد البحث في المختبرات.
