تصنيف بطاريات الطاقة الشمسية: بطاريات الطاقة الشمسية

تصنيف بطاريات الطاقة الشمسية: بطاريات الطاقة الشمسية

تُقسم تطوير بطاريات الطاقة الشمسية إلى ثلاثة أجيال. يمثل الجيل الأول السيليكون أحادي البلورة والسيليكون متعدد البلورات كبطاريات الطاقة الشمسية من بلورات السيليكون. لقد تم تطوير الجيل الأول من تقنية بطاريات الطاقة الشمسية باستخدام السيليكون البلوري وهو الأكثر استخدامًا على نطاق واسع. لكن المتطلبات العالية للمواد الخام لبطاريات السيليكون أحادي البلورة وعملية الإنتاج المعقدة لبطاريات الطاقة الشمسية من السيليكون متعدد البلورات وغيرها من العيوب دفعت الناس إلى بدء البحث والتطوير للجيل الثاني من بطاريات الطاقة الشمسية الرقيقة، بما في ذلك كادميوم تيلورايد (CdTe) وأرسينيد الغاليوم (GaAs) ومركبات سيلينيد النحاس إنديوم غاليوم (CIGS) التي بدأت تمثل بطاريات الطاقة الشمسية وتصبح نقطة بحث ساخنة. مقارنةً ببطاريات السيليكون البلوري، تتطلب بطاريات الطاقة الشمسية الرقيقة مواد أقل وأسهل في الإنتاج على نطاق واسع، لذا تظهر مزايا في خفض التكاليف وكفاءتها تتحسن تدريجياً. الجيل الثالث يعتمد على الكفاءة العالية والتكنولوجيا الخضراء المتقدمة لبطاريات الطاقة الشمسية الجديدة، مثل بطاريات الطاقة الشمسية الحساسة للصبغة (DSSCs) وبطاريات الطاقة الشمسية من تيتانات الكالسيوم (PSCs) وبطاريات الطاقة الشمسية من النقاط الكمومية (QDSCs) وما إلى ذلك. في الوقت الحالي، حققت جميع أنواع بطاريات الطاقة الشمسية تطورًا كبيرًا، مما شكل نمط تطوير بطاريات الطاقة الشمسية يعتمد على بطاريات الطاقة الشمسية من السيليكون البلوري، وبطاريات الطاقة الشمسية الرقيقة كهدف للتطوير، وDSSCs وPSCs وQDSCs كواجهة.

1. النوع الأول من البطاريات الشمسية

1.1 بطاريات شمسية من السيليكون أحادي البلورة

السيليكون أحادي البلورة هو النوع الأكثر نضجًا واستقرارًا من بطاريات الطاقة الشمسية بين جميع بطاريات الطاقة الشمسية المصنوعة من السيليكون البلوري من حيث عملية التصنيع والتكنولوجيا. نظريًا، فإن أفضل عرض محظور لمادة الاستجابة الضوئية هو حوالي 1.4 إلكترون فولت، وعرض الحظر للسيليكون أحادي البلورة هو 1.12 إلكترون فولت، وهو أقرب مادة فردية إلى أفضل عرض محظور معروف أنه موجود في الطبيعة. يتم تحضير بطاريات الطاقة الشمسية من السيليكون أحادي البلورة بشكل رئيسي من خلال تنظيف الرقائق وصنع الفرو، وصنع تقاطع الانتشار، وحفر الحواف، وإزالة الفوسفور من زجاج السيليكون، وتحضير فيلم مضاد للانعكاس، وصنع الأقطاب، والتلبيد، وما إلى ذلك. بعد سنوات من التطوير، تم تحسين وتعزيز عملية التصنيع وكفاءة بطاريات الطاقة الشمسية من السيليكون أحادي البلورة بشكل كبير. بفضل كفاءتها العالية واستقرارها، تهيمن بطاريات الطاقة الشمسية من السيليكون أحادي البلورة على صناعة الطاقة الشمسية وستظل كذلك لفترة طويلة.
ومع ذلك، يجب أن تصل نقاء مادة السيليكون المطلوبة لبطاريات السيليكون إلى 99.9999%، مما يتسبب في بقاء سعر السيليكون أحادي البلورة مرتفعًا، بالإضافة إلى أن عملية التصنيع المعقدة تجعل من الصعب أيضًا تعزيز استخدامه على نطاق واسع. لذلك، في التطوير اللاحق لبطاريات الطاقة الشمسية من السيليكون أحادي البلورة، يجب أن يكون الاتجاه الرئيسي هو تبسيط عملية الإنتاج وعملية تنقية مادة السيليكون المطلوبة من أجل تقليل تكلفة إنتاج بطاريات الطاقة الشمسية من السيليكون أحادي البلورة وتسريع عملية الانتشار.

1.2 بطاريات الطاقة الشمسية من السيليكون متعدد البلورات

بالمقارنة مع بطاريات الطاقة الشمسية المصنوعة من السيليكون أحادي البلورة، تتطلب بطاريات الطاقة الشمسية المصنوعة من السيليكون متعدد البلورات نقاءً أقل للمواد الخام ونطاقًا أوسع من المواد الخام، لذا فإن التكلفة أقل بكثير من بطاريات السيليكون أحادي البلورة. كما يتم تحضير بطاريات السيليكون متعدد البلورات بطرق متنوعة، مثل طريقة سيمنز، طريقة السيلان، طريقة السرير المميع، طريقة تقليل الصوديوم، طريقة التصلب الاتجاهي، وطريقة التبخر الفراغي، وغيرها. كما تتوفر تقنيات معالجة السيليكون أحادي البلورة مثل حفر تقاطع الانبعاث، امتصاص المعادن، تدفق الحفر، تمرير السطح والجسم، وتنقية أقطاب البوابة المعدنية. 
بالمقارنة مع بطاريات الطاقة الشمسية المصنوعة من السيليكون أحادي البلورة، تتمتع بطاريات الطاقة الشمسية المصنوعة من السيليكون متعدد البلورات بميزة انخفاض متطلبات المواد الخام، خاصةً أن تكلفة التصنيع أقل. ومع ذلك، فإن لها أيضًا عيوبها الخاصة، مثل وجود المزيد من عيوب الشبكة مما يؤدي إلى كفاءة تحويل أقل مقارنةً ببطاريات السيليكون أحادي البلورة. لذلك، يجب أن يركز البحث في بطاريات السيليكون متعدد البلورات على تحسين عملية إنتاج السيليكون متعدد البلورات وتقليل العيوب في عملية إنتاج السيليكون متعدد البلورات لتعزيز الجودة الأصلية للرقائق. بالإضافة إلى ذلك، يجب تبسيط عملية تصنيع بطاريات السيليكون متعدد البلورات لتقليل تكلفة إنتاج بطاريات السيليكون متعدد البلورات بشكل أكبر من أجل تسريع عملية تطوير بطاريات السيليكون متعدد البلورات.