أنواع الخلايا الشمسية

يمكن تصنيع ألواح الخلايا الشمسية باستخدام مجموعة متنوعة من المواد وطرق مختلفة، ومع ذلك، تشترك جميع الخلايا الشمسية في نفس المبدأ الأساسي، وهو تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية. تتنوع أنواع الخلايا الشمسية كما يلي:

الخلايا الشمسية السيليكونية أحادية البلورة

تعتبر الخلايا الشمسية السيليكونية أحادية البلورة من أولى أنواع الخلايا التي تم تصنيعها، حيث تصنع من السيليكون النقي. تبدأ عملية تصنيعها بسحب بلورة بذرية من كتلة من السيليكون المُذاب من أجل الحصول على سبيكة أسطوانية ذات هيكل بلوري متصل. ثم تُقطع البلورات إلى رقائق رقيقة، تليها عملية صقل لإنشاء الوصلة الموجبة والسالبة المعروفة باسم (p-n Junction). بعد ذلك، تُغلف بطبقة مضادة للانعكاس، وأخيرًا تُجمع لتكون الخلية الشمسية. تُعرف هذه الخلايا بكفاءتها العالية، إلا أن عملية إنتاجها طويلة وبطيئة، مما يؤدي لارتفاع تكلفتها مقارنةً بأنواع أخرى.

الخلايا الشمسية السيليكونية متعددة البلورات

تعتبر الخلايا الشمسية السيليكونية متعددة البلورات مصنوعة من سبائك سيليكونية مُربّعة الشكل. تتضمن عملية تصنيعها تبريد السيليكون المُذاب وصبّه في كتل تُقسم لاحقًا إلى ألواح رقيقة. ينتج عن تصلب هذه الألواح خلايا تحتوي على عدة بلورات. يُلاحظ أن سطح هذه الخلايا أقل فعالية في امتصاص أشعة الشمس مقارنة بالخلايا أحادية البلورة، مما يؤدي إلى إنتاج كمية أقل من الطاقة الكهربائية. ولتعويض ذلك، تكون هذه الخلايا ذات حجم أكبر، وبالتالي تحتاج لمساحة أكبر. ومع ذلك، فإن عملية تصنيعها أسهل وتكلفتها أقل.

الخلايا الشمسية الرقيقة

تعتمد الخلايا الشمسية الرقيقة في تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية على تأثير الكهروضوئية. تتكون هذه الخلايا من طبقات المواد عالية امتصاص الضوء، المثبتة على ركيزة مرنة. تم تقديم هذه التقنية لأول مرة في السبعينيات من قبل علماء في قسم الطاقة بجامعة ديلاوير في الولايات المتحدة الأمريكية، وقد تطورت هذه التكنولوجيا تدريجياً حتى وصلت إلى الشكل الحالي، حيث تُستخدم على نطاق واسع نظرًا لتكاليفها المعقولة وكفاءتها الجيدة.

الخلايا الشمسية عالية الكفاءة

تم تطوير الخلايا الشمسية بهدف توفير كفاءة أعلى، لكن التكاليف المرتبطة بعمليات التصنيع والمواد المستخدمه قد حدّت من انتشارها حتى اليوم. ومن بين أنواعها:

• خلايا زرنيخيد الغاليوم: تُعتبر مادة زرنيخيد الغاليوم واحدة من المواد شبه الموصلة المعروفة في عالم الخلايا الشمسية، حيث يمكن أن تصل كفاءتها إلى 30%، وتتميز بخصائص كهربائية جيدة بالإضافة إلى مقاومتها للحرارة.
• الخلايا الشمسية متعددة الوصلات: يتم تطوير الخلايا الشمسية باستمرار، وتعتبر الخلايا متعددة الوصلات تقنية حديثة قد تسهم في رفع كفاءة الخلايا الشمسية في المستقبل، بفضل قدرتها على امتصاص أطوال موجية مختلفة بواسطه طبقات متعددة، مما يجعلها أكثر كفاءة مقارنةً بالخلايا أحادية الوصلة.

الخلايا الشمسية التكنولوجية المُستجدة

يمكن استخدام مواد متعددة لاستغلال الإشعاع الشمسي في توليد الطاقة، مثل استخدام المواد العضوية في خلايا بيروفسكايت الشمسية (Perovskite solar cells) ذات البنية البلورية المحددة. تحتوي هذه الخلايا على مواد عديدة مثل الكلور، والبرومايد، واليود، والرصاص، وهي تتميز بتكاليفها المعقولة وكفاءتها العالية، إلا أن استخدامها يستمر في التقييد نظراً لقصر عمرها الافتراضي. تجدر الإشارة إلى وجود أنواع أخرى من الخلايا مثل:

• الخلايا الشمسية العضوية: تتكون هذه الخلايا من طبقات مبلمرة، وتتميز بتكاليفها المنخفضة، ولكن كفاءتها وانتشارها لا يزال محدوداً.
• الخلايا الشمسية الصبغية: تصنع من ثنائي أكسيد التيتانيوم، وتغلف بطبقة رقيقة جداً من المحفزات، وتعتمد على تكنولوجيا النانو في التصنيع. وتلاحظ أنها ما تزال قيد الفحص المخبري بالرغم من كفاءتها النظرية العالية.