نظرة عامة شاملة على الخلايا الكهروضوئية الشمسية

1. الخلايا الشمسية ذات الوصلة المتجانسة، والخلايا الشمسية ذات الوصلة غير المتجانسة، والخلايا الشمسية من نوع شوتكي كلها تصنيفات ممكنة بناءً على التركيب.
2. يمكن تصنيف الخلايا الشمسية المصنوعة من مواد مختلفة إلى أنواع عديدة، بما في ذلك السيليكون، والمركبات العضوية، والبلاستيك، والخلايا الشمسية النانوية الحساسة، وأشباه الموصلات المركبة غير العضوية، والخلايا الشمسية المركبة العضوية.
3. يمكن تصنيفها إلى خلايا شمسية تقليدية وخلايا شمسية إكسيتونية بناءً على طريقة التحويل الكهروضوئي.
وفقًا لتصنيف الأنواع، هناك أربعة أنواع من الخلايا الكهروضوئية: السيليكون غير المتبلور، والسيليكون متعدد التبلور، وسيلينيد النحاس والإنديوم، وأرسينيد الغاليوم، والسيليكون أحادي التبلور.

خلايا شمسية مصنوعة من السيليكون أحادي البلورة
تُعدّ خلايا السيليكون أحادية البلورة أحدث ابتكارات تكنولوجيا الخلايا الكهروضوئية، إذ تُقدّم أفضل مزيج من الحجم والكفاءة والعمر الافتراضي. وقد بلغ متوسط ​​كفاءة تحويل الطاقة لخلايا السيليكون أحادية البلورة الكهروضوئية في الصين 16.5%، بينما تجاوزت الكفاءة القصوى المُسجّلة في المختبر 24.7%. وتتكوّن المواد الخام لهذه الخلايا الشمسية عادةً من قضبان السيليكون بنقاوة تصل إلى 99.9999% ونسبة عالية من السيليكون أحادي البلورة.

خلايا ضوئية سيليكونية شفافة
أحد أنواع الخلايا الشمسية هو خلية السيليكون متعدد البلورات الكهروضوئية. وقد انخفضت تكاليف التصنيع بشكل كبير نتيجة استبدال السيليكون أحادي البلورة بمادة السيليكون متعدد البلورات في عملية السحب، مما قلل وقت الإنتاج بشكل ملحوظ. ويعود انخفاض معدل استخدام السطح بعد بناء وحدة الخلايا الكهروضوئية إلى كون الخلايا دائرية الشكل مصنوعة من قضبان السيليكون أحادي البلورة، ولأن كلاً من القضبان والخلايا أسطوانية الشكل. لذا، يُعد استخدام خلايا السيليكون متعدد البلورات الكهروضوئية أفضل من استخدام خلايا السيليكون أحادي البلورة.

خلايا شمسية غير متبلورة من السيليكا
تُعدّ خلية السيليكون غير المتبلور الكهروضوئية نوعًا جديدًا من الخلايا الرقيقة المصنعة من السيليكون غير المتبلور. يُعرف السيليكون غير المتبلور بأنه مادة شبه موصلة ذات بنية بلورية غير متبلورة. ويمكن إنتاج خلايا شمسية بسماكة 1 ميكرون فقط، وهي سماكة مماثلة لخلايا السيليكون أحادي البلورة بسماكة 300 نانومتر. وبالمقارنة مع السيليكون متعدد البلورات وأحادي البلورة، يتميز السيليكون غير المتبلور بسهولة تصنيعه، واستهلاكه لكمية أقل من السيليكون، وانخفاض استهلاكه للطاقة بشكل ملحوظ.

الخلايا الكهروضوئية المصنوعة من النحاس والإنديوم والسيلينيد
تُطبّق طبقة أشباه الموصلات على الزجاج أو ركائز أخرى رخيصة الثمن لإنتاج خلايا شمسية من النحاس والإنديوم والسيلينيوم. المكونات الرئيسية المستخدمة هي أشباه موصلات مركبة من النحاس والإنديوم والسيلينيوم. يكفي سُمك طبقة يبلغ حوالي 1/100 من سمك الطبقة اللازمة للخلايا الكهروضوئية المصنوعة من السيليكون أحادي البلورة، وذلك بفضل قدرة بطاريات النحاس والإنديوم والسيلينيوم الممتازة على امتصاص الضوء.

الخلايا الشمسية القائمة على زرنيخيد الغاليوم
تُعدّ الخلايا الكهروضوئية المصنوعة من السيليكون غير المتبلور مادةً مبتكرةً للبطاريات ذات الأغشية الرقيقة، حيث يُستخدم السيليكون غير المتبلور كعنصر أساسي في بنائها. يُعرف السيليكون غير المتبلور بأنه شبه موصل ذو بنية بلورية غير متبلورة. ويمكنه إنتاج خلايا شمسية بسماكة 1 ميكرون فقط، وهي سماكة تُضاهي سماكة خلايا السيليكون أحادي البلورة التي تبلغ 300 نانومتر. ويُلاحظ انخفاضٌ ملحوظٌ في استهلاك الطاقة لكل وحدة، بالإضافة إلى تبسيط عملية الإنتاج، مقارنةً بالبدائل التي تستخدم السيليكون متعدد البلورات أو أحادي البلورة.

الخلايا البوليمرية الكهروضوئية
تستخدم الخلية الكهروضوئية البوليمرية، وهي عبارة عن مركب متعدد الطبقات مماثل لجهاز التوصيل أحادي الاتجاه ذي وصلة PN غير العضوية، بوليمرات الأكسدة والاختزال ذات جهود الأكسدة والاختزال المتفاوتة.

مزايا وعيوب استخدام الخلايا الكهروضوئية
الفوائد:لا يوجد خطر من النضوب، وهو في الأساس غير ملوث، ولا يعتمد على التوزيع الجغرافي للموارد، ويمكن إنتاجه بالقرب من محطة الطاقة، ويتمتع بجودة طاقة عالية، ويتقبله المستخدمون بسهولة من الناحية العاطفية، ويوفر الطاقة لفترة قصيرة من الزمن، ويتمتع نظام إمداد الطاقة بسجل حافل من الموثوقية.
الجوانب السلبية:بصرف النظر عن ارتفاع تكلفة البناء وانخفاض كثافة توزيع الطاقة للإشعاع، فإن الفصول الأربعة، والليل/النهار، والغيوم/الشمس، والمتغيرات المناخية الأخرى لها دور في الطاقة التي يتم جمعها.