في مجال تكنولوجيا الخلايا الكهروضوئية سريع التطور، شكّلت تقنية الوصلة غير المتجانسة (HJT) وتقنية التلامس المُخَمَّل بأكسيد النفق (TOPCon) محور اهتمام الصناعة. ومع ذلك، ومع ظهور مواد البيروفسكايت، باتت تقنية الوصلة غير المتجانسة المدمجة مع البيروفسكايت تحظى باهتمام متزايد لما تتمتع به من مزايا فريدة، لتصبح موضوعًا ساخنًا في صناعة الطاقة الشمسية. تستكشف هذه المقالة فوائد تقنية الوصلة غير المتجانسة المدمجة مع البيروفسكايت مقارنةً بتقنية التلامس المُخَمَّل بأكسيد النفق، وكيف يُشكّل هذا المزيج مستقبل تكنولوجيا الخلايا الكهروضوئية.
1. مقدمة في تقنية HJT
تُعرف تقنية HJT بكفاءتها العالية في تحويل الطاقة الكهروضوئية وأدائها الممتاز في ظروف الإضاءة المنخفضة. وهي تُشكّل وصلة غير متجانسة عن طريق تكديس طبقة رقيقة من السيليكون غير المتبلور على ركيزة من السيليكون المتبلور، مما يقلل من إعادة التركيب السطحي ويعزز جهد الدائرة المفتوحة وتيار الدائرة القصيرة للخلية.
2. تحديات تقنية توبكون
تحقق تقنية TOPCon تخميل السطح من خلال تطبيق طبقة أكسيد وطبقة من السيليكون متعدد البلورات على سطح الخلية، مما يقلل من خسائر إعادة التركيب. ومع ذلك، فإن تحقيق كفاءة أعلى باستخدام TOPCon يواجه تحديات، بما في ذلك العمليات المعقدة، وإدارة التكاليف، وصعوبة تحقيق المزيد من التحسينات في الكفاءة.
3. دور مواد البيروفسكايت
تُعدّ مواد البيروفسكايت مثالية لتعزيز كفاءة الخلايا الشمسية نظرًا لمعامل امتصاصها العالي، وفجوة نطاقها القابلة للتعديل، وسهولة معالجتها بالمحاليل. ومن خلال دمج البيروفسكايت مع تقنية HJT، يُمكن الاستفادة من كفاءة HJT العالية وتعزيزها بشكلٍ أكبر بفضل خصائص امتصاص البيروفسكايت واسعة النطاق.
4. مزايا دمج HJT مع البيروفسكايت
أ. كفاءة تحويل كهروضوئي فائقة:تُساهم إضافة البيروفسكايت بشكلٍ ملحوظ في توسيع نطاق الاستجابة الطيفية لخلايا HJT، مما يزيد من عدد حاملات الشحنة الضوئية المتولدة. وتتفوق خلايا HJT، التي تصل كفاءتها النظرية إلى 27.5%، على تقنيات الخلايا الكهروضوئية التقليدية. ويعمل هيكل الوصلة غير المتجانسة، الذي يتألف من طبقات متناوبة من السيليكون غير المتبلور والمتبلور، على زيادة امتصاص الضوء إلى أقصى حد، مما يُحسّن كفاءة تحويل الطاقة.
ب. استقرار أفضل:لا توفر خلايا HJT كفاءة أعلى فحسب، بل توفر أيضًا استقرارًا فائقًا. يحافظ هيكل HJT-بيروفسكايت المزدوج على كفاءة أعلى في التشغيل طويل الأمد، على عكس TOPCon-بيروفسكايت، الذي، على الرغم من انخفاض تكاليف إنتاجه، يكافح لمضاهاة HJT من حيث الكفاءة.
ج. عملية تصنيع مبسطة:تُسهم طبيعة معالجة مواد البيروفسكايت بالمحاليل في خفض تكاليف التصنيع، وهو أمر بالغ الأهمية لتقليل التكلفة المُستوية للكهرباء (LCOE). كما تتميز خلايا HJT بميزة تصنيعية، حيث تستخدم الترسيب الكيميائي للبخار (CVD) عند درجات حرارة منخفضة لترسيب طبقات السيليكون غير المتبلور، متبوعة بأكسيد موصل شفاف (TCO) وطبقات من السيليكون غير المتبلور من النوع p أو n. تُقلل هذه العملية المُبسطة التكاليف وتُحسّن معدلات الإنتاج مقارنةً بعملية التلدين عند درجات حرارة عالية التي تستخدمها شركة TOPCon، والتي تزيد من تكاليف الإنتاج وتفاوت الجودة.
د. الإنتاج الصديق للبيئة:توفر مواد البيروفسكايت عملية تصنيع أكثر ملاءمة للبيئة، إذ لا تتضمن عناصر سامة أو نادرة. على عكس بعض مواد الخلايا الكهروضوئية التي تتطلب عناصر خطرة كالرصاص والكادميوم، فإن البيروفسكايت خالية من هذه السموم، مما يقلل المخاطر البيئية والصحية. علاوة على ذلك، لا تعتمد البيروفسكايت على العناصر النادرة التي قد يضر استخراجها بالبيئة. كما أن إنتاجها يستهلك طاقة أقل، مما يؤدي إلى انخفاض انبعاثات الكربون.
في الختام، يمثل الجمع بين HJT والبيروفسكايت اتجاهًا واعدًا للتطورات الكهروضوئية المستقبلية، حيث تتفوق مزاياه في الكفاءة والاستقرار والفعالية من حيث التكلفة والاستدامة البيئية على TOPCon في العديد من الجوانب.
