أنواع الخلايا الشمسية
يمكن تصنيع ألواح الخلايا الشمسية من مواد متنوعة وبتقنيات مختلفة، إلا أن جميعها تعمل على مبدأ تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية. ومن بين الأنواع المختلفة للخلايا الشمسية، نجد ما يلي:
الخلايا الشمسية الأحادية البلورة
تعتبر الخلايا الشمسية الأحادية البلورة مصنوعة من السيليكون النقي، حيث يتم تصنيعها من خلال سحب بلورة بذرية من كتلة من السيليكون المصهور للحصول على سبيكة أسطوانية وحيدة البنية البلورية. يتم تقطيع البلورات إلى رقائق، ثم يتم صقلها لإنشاء وصلة بين القطبين الموجب والسالب المعروفة باسم (p-n Junction). بعد ذلك، يُضاف لها طبقة مضادة للانعكاس، وأخيراً يتم تجميعها لتشكيل الخلية الشمسية. تتميز هذه الخلايا بكفاءتها العالية، ولكن عملية تصنيعها تتطلب وقتاً طويلاً، مما يجعل تكلفتها أكثر مقارنة باستخدامات أخرى.
الخلايا الشمسية المتعددة البلورات
يتم تصنيع خلايا السيليكون المتعددة البلورات من سبائك السيليكون على شكل كتل مربعة. تتم العملية عبر تبريد السيليكون المصهور وصبه في قوالب للحصول على ألواح رقيقة. عندما تتجمد المادة، تكتسب الخلايا تركيباً يحتوي على عدد من البلورات. تجدر الإشارة إلى أن سطح هذه الخلايا أقل فعالية في امتصاص أشعة الشمس بالمقارنة مع تلك الأحادية البلورة، مما يؤدي إلى إنتاج كمية أقل من الطاقة الكهربائية. ومع ذلك، تتمتع هذه الخلايا بسهولة في عملية التصنيع وتكلفة منخفضة نسبياً.
الخلايا الشمسية الرقيقة
تعمل الخلايا الشمسية الرقيقة على تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية من خلال التأثير الكهروضوئي، وهي مكونة من طبقات مواد ذات قدرة عالية على امتصاص فوتونات الضوء، وتثبت فوق قاعدة مرنة. قدمت هذه التقنية للعالم في السبعينيات بفضل باحثين من جامعة ديلاوير في الولايات المتحدة الأمريكية، ومن ثم تطورت هذه التكنولوجيا تدريجياً حتى وصلت إلى الشكل الحالي، والذي يستخدم على نطاق واسع لكونه منخفض التكلفة ويتمتع بكفاءة جيدة.
الخلايا الشمسية ذات الكفاءة العالية
تمتاز الخلايا الشمسية الحديثة بكفاءتها العالية، لكن تكاليف تصنيعها والمواد المستخدمة فيها قد حدت من انتشارها حتى الآن. ومن أنواعها المختلفة:
- خلايا زرنيخيد الغاليوم: تُعتبر مادة زرنيخيد الغاليوم من المواد شبه الموصلة المعروفة في مجال الخلايا الشمسية، حيث يمكن أن تصل كفاءتها إلى 30%، ويمتاز بمقاومته الجيدة للحرارة.
- الخلايا الشمسية متعددة الوصلات: تستمر الابتكارات في تطوير الخلايا الشمسية، وتعتبر الخلايا المتعددة الوصلات تكنولوجيا متقدمة تتيح زيادة كفاءة الخلايا الشمسية المستقبلية، وذلك من خلال قدرتها على امتصاص أطوال موجية مختلفة من الإشعاع الشمسي باستخدام طبقات متعددة.
الخلايا التكنولوجية المتقدمة
تُستخدم مجموعة متنوعة من المواد للاستفادة من الإشعاع الشمسي في توليد الطاقة، كما هو الحال مع المواد العضوية في خلايا بيروفسكايت الشمسية، التي تتميز ببنيتها البلورية المحددة. تتضمن هذه الخلايا عناصر مثل الكلور والبروم واليود والرصاص، وتمتاز بأنها منخفضة التكلفة وكفيلة بإنتاج طاقة جيدة، لكنها محدودة الاستخدام نظرًا لقصور عمرها. توجد أنواع أخرى من الخلايا مثل:
- الخلايا الشمسية العضوية: تتكون من طبقات مبلمرة، وتتميز بكفاءة وانتشار محدودين، رغم تكلفتها المنخفضة.
- الخلايا الشمسية الصبغية: مصنوعة من ثنائي أكسيد التيتانيوم وتغلف بطبقة رقيقة من المحسّنات. وتعتمد في تصنيعها على تكنولوجيا النانو، ولا تزال قيد اختبار معملي على الرغم من كفاءتها النظرية العالية.
