تُصنع الخلايا الكهروضوئية عادةً من مواد شبه موصلة مثل السيليكون، وتتميز بوجود قطبين كهربائيين، أحدهما موجب والآخر سالب. عند تعرضها لأشعة الشمس، تحدث ظاهرة التحويل الكهروضوئي، حيث تتحول الطاقة الضوئية فورًا إلى طاقة كهربائية على شكل تيار مستمر. يمكن تخزين هذه الكهرباء في بطاريات أو تحويلها إلى تيار متردد عبر محول كهربائي لتلبية احتياجات الطاقة المختلفة. غالبًا ما تُوصل الخلايا الكهروضوئية على التوالي أو التوازي لتشكيل وحدات، والتي تُجمع بدورها في مصفوفات لإنتاج كميات أكبر من الطاقة.
1. خلايا المجال الخلفي المصنوع من الألومنيوم (BSF)
الهيكل والمبدأ
تُعدّ خلايا BSF نوعًا شائعًا من الخلايا الشمسية، حيث تستخدم طبقة من الألومنيوم كقطب خلفي. يُولّد هذا الطلاء مجالًا كهربائيًا خلفيًا يُساعد على توجيه الإلكترونات نحو القطب الخلفي، مما يُحسّن كفاءة تحويل الطاقة. تتضمن عملية الإنتاج تطعيم سطح السيليكون بالفوسفور لتكوين منطقة من النوع N، ثم تطبيق طبقة رقيقة أو طلاء لتكوين منطقة من النوع P على السطح الأمامي، وتكوين وصلة pn. وأخيرًا، تُضاف شبكات معدنية لتجميع التيار.
تاريخ التطوير
كانت خلايا BSF، التي طُرحت لأول مرة عام 1973، أول بنية خلايا سيليكون بلورية يتم تسويقها تجارياً. وبحلول عام 2016، استحوذت على أكثر من 90% من حصة السوق.
المزايا
تتميز خلايا BSF ببساطتها وفعاليتها من حيث التكلفة وتقنيتها المتطورة.
2. خلايا بيرك
أصل التسمية
PERC تعني الخلية الخلفية والباعثة المُخَمَّلة.
العملية والأداء
تُضيف تقنية PERC، المُستندة إلى خلايا BSF التقليدية، خطوتين أساسيتين: التخميل السطحي الخلفي والفتح بالليزر، مما يُعزز الكفاءة بشكل ملحوظ. تشمل عملية التصنيع تنظيف الرقاقة وتشكيلها، ونشر المواد لإنشاء وصلات pn، وتطعيم الليزر للبواعث الانتقائية، والتخميل الخلفي، والحفر بالليزر، والطباعة بالشاشة، والتلبيد، والاختبار.
المزايا
تتميز خلايا PERC ببنية بسيطة، وعملية تصنيع قصيرة، ونضج عالٍ للمعدات.
3. خلايا الوصلات غير المتجانسة (HJT)
بناء
خلايا HJT هي خلايا شمسية هجينة تجمع بين ركائز السيليكون البلوري وأغشية السيليكون غير المتبلور. وتتضمن طبقات من السيليكون غير المتبلور عند سطح التلامس بين الركيزتين لتخميل السطحين الأمامي والخلفي. يتكون هيكلها المتناظر من ركيزة سيليكون بلورية من النوع N، وطبقة من السيليكون غير المتبلور من النوع Pi على الجانب المواجه للضوء، وطبقة من السيليكون غير المتبلور من النوع iN على الجانب الخلفي، بالإضافة إلى أقطاب كهربائية وقضبان توصيل شفافة على كلا الجانبين. هذه خلايا ثنائية الوجه.
المزايا
تتميز خلايا HJT بالكفاءة العالية، والتدهور المنخفض، ومعامل درجة الحرارة المنخفض، والوجهية الثنائية العالية، والعمليات المبسطة، والملاءمة للرقائق الرقيقة.
4. خلايا TOPCon
المبدأ التقني
تعتمد خلايا TOPCon (الخلايا ذات التلامس المُخَمَّل بأكسيد النفق) على مبدأ الناقل الانتقائي. وتتميز بطبقة رقيقة للغاية من أكسيد السيليكون وطبقة من السيليكون المُطعَّم على الجهة الخلفية، مما يُشكِّل بنية تلامس مُخَمَّلة. هذا يُقلِّل من إعادة التركيب على السطح والتلامس المعدني، مما يُتيح إمكانية كبيرة لتحسين كفاءة خلايا N-PERT.
ميزات العملية
تستخدم خلايا TOPCon ركائز سيليكون من النوع N، وتتطلب تعديلات طفيفة على خطوط إنتاج النوع P الحالية، مثل إضافة معدات نشر البورون وترسيب الأغشية الرقيقة. كما أنها تلغي الحاجة إلى فتحات خلفية ومحاذاة، مما يبسط عملية التصنيع ويعزز التوافق مع عمليات خلايا PERC وN-PERT.
المزايا
تتميز خلايا TOPCon بانخفاض التدهور، وثنائية الوجه العالية، ومعامل درجة حرارة منخفض، مما ينتج عنه أداء ممتاز في محطات الطاقة الشمسية.
5. خلايا سرطان الثدي الالتهابي
الهيكل والمبدأ
تعمل خلايا التلامس الخلفي المتداخل (IBC) على نقل جميع خطوط شبكة الأقطاب الكهربائية الأمامية إلى الخلف، مما يؤدي إلى ترتيب وصلات pn والملامسات المعدنية بنمط متداخل. يقلل هذا من التظليل ويزيد من امتصاص الضوء. وبفضل عدم وجود ملامسات معدنية أمامية، توفر خلايا IBC مساحة فعالة أكبر لتحويل الفوتونات.
تكامل التكنولوجيا
يمكن دمج خلايا IBC مع تقنيات أخرى مثل PERC و TOPCon و HJT والبيروفسكايت، لتشكيل خلايا هجينة متقدمة مثل "TBC" (TOPCon-IBC) و "HBC" (HJT-IBC).
إمكانية التطبيق
بفضل تصميمها الجذاب من الناحية الجمالية، تعتبر خلايا IBC مناسبة تمامًا للخلايا الكهروضوئية المدمجة في المباني (BIPV) ولديها آفاق تجارية قوية.
خاتمة
يُقدّم كل نوع من أنواع الخلايا الكهروضوئية مزايا فريدة، ويلعب دورًا محوريًا في تطوير تقنيات الطاقة الشمسية. ومن خلال الابتكار المستمر، تُسهم هذه التقنيات في دفع عجلة نمو صناعة الخلايا الكهروضوئية وتحوّلها.
