تصنيف بطاريات الطاقة الشمسية: بطاريات الطاقة الشمسية
ينقسم تطوير بطاريات الطاقة الشمسية إلى ثلاثة أجيال. الجيل الأول يتمثل في السيليكون أحادي البلورة والسيليكون متعدد البلورات كبطاريات شمسية من بلورات السيليكون. تم تطوير الجيل الأول من تكنولوجيا بطاريات الطاقة الشمسية باستخدام السيليكون البلوري كمادة وهو الأكثر استخدامًا على نطاق واسع. لكن متطلبات المواد الخام العالية لبطاريات السيليكون أحادي البلورة وعملية الإنتاج المعقدة لبطاريات الطاقة الشمسية من السيليكون متعدد البلورات وغيرها من العيوب دفعت الناس لبدء البحث والتطوير في الجيل الثاني من بطاريات الطاقة الشمسية الرقيقة الطاقة الشمسية، بما في ذلك كبريتيد الكادميوم (CdTe)، وأرسنيد الغاليوم (GaAs) ومركبات سيلينيد النحاس والإنديوم والغاليوم (CIGS) كممثلين لبطاريات الطاقة الشمسية التي بدأت تصبح محور بحث ساخن. مقارنة ببطاريات السيليكون البلوري، تتطلب بطاريات الطاقة الشمسية الرقيقة مواد أقل ويسهل إنتاجها على نطاق واسع، لذا تظهر مزايا في تقليل التكلفة وكفاءتها تتحسن تدريجيًا. الجيل الثالث يعتمد على كفاءة عالية، وتقنية نانوية متقدمة وصديقة للبيئة لبطاريات شمسية جديدة، مثل بطاريات الطاقة الشمسية الحساسة للأصباغ (DSSCs)، وبطاريات التيتانات الكالسيوم (PSCs)، وبطاريات النقاط الكمومية (QDSCs)، وغيرها. في الوقت الحالي، حققت جميع أنواع بطاريات الطاقة الشمسية تطورًا كبيرًا، مكونة نمط تطوير بطاريات الطاقة الشمسية قائم على بطاريات السيليكون البلوري، وبطاريات الطاقة الشمسية الرقيقة كهدف للتطوير، وDSSCs وPSCs وQDSCs كخطوط أمامية.
1. النوع الأول من بطاريات الطاقة الشمسية
1.1 بطاريات السيليكون أحادي البلورة
السيليكون أحادي البلورة هو النوع الأكثر نضجًا واستقرارًا من بين جميع بطاريات السيليكون البلوري من حيث عملية التصنيع والتقنية. نظريًا، أفضل نطاق حظر لمادة الاستجابة الكهروضوئية هو حوالي 1.4 إلكترون فولت، وعرض نطاق الحظر للسيليكون أحادي البلورة هو 1.12 إلكترون فولت، وهو أقرب مادة مفردة لأفضل نطاق حظر معروف في الطبيعة. تُحضّر بطاريات السيليكون أحادي البلورة بشكل رئيسي من خلال تنظيف الرقائق وصنع اللباد، وصنع الوصلات الانتشارية، ونقش الحواف، وإزالة الفسفور من زجاج السيليكون، وتحضير طبقة مضادة للانعكاس، وصنع الأقطاب، والتلبيد، وما إلى ذلك. بعد سنوات من التطوير، تحسنت عملية التصنيع وكفاءة بطاريات السيليكون أحادي البلورة بشكل كبير. بفضل كفاءتها العالية واستقرارها، تهيمن بطاريات السيليكون أحادي البلورة على صناعة الطاقة الشمسية وستظل كذلك لفترة طويلة.
ومع ذلك، فإن نقاء مادة السيليكون المطلوبة لبطاريات السيليكون يجب أن يصل إلى 99.9999%، مما يجعل سعر السيليكون أحادي البلورة مرتفعًا، بالإضافة إلى أن عملية التصنيع المعقدة تجعل من الصعب تعميم استخدامها على نطاق واسع. لذلك، في التطوير المستقبلي لبطاريات السيليكون أحادي البلورة، يجب أن يكون الاتجاه الرئيسي تبسيط عملية الإنتاج وعملية تنقية مادة السيليكون المطلوبة لتقليل تكلفة إنتاج بطاريات السيليكون أحادي البلورة وتسريع عملية الانتشار.
1.2 بطاريات السيليكون متعدد البلورات
مقارنة ببطاريات السيليكون أحادي البلورة، تتطلب بطاريات السيليكون متعدد البلورات نقاء أقل للمواد الخام ونطاقًا أوسع من المواد الخام، لذا فإن التكلفة أقل بكثير من بطاريات السيليكون أحادي البلورة. كما تُحضّر بطاريات السيليكون متعدد البلورات بعدة طرق، مثل طريقة سيمنز، وطريقة السيلان، وطريقة السرير المميع، وطريقة الاختزال بالصوديوم، وطريقة التبلور الاتجاهي، وطريقة التبخير الفراغي، وغيرها. كما تتوفر تقنيات معالجة السيليكون أحادي البلورة مثل النقش لإطلاق الوصلات، والامتصاص المعدني، ونقش التدفق، وتمرير السطح والجسم، وتنقية أقطاب البوابة المعدنية.
مقارنة ببطاريات السيليكون أحادي البلورة، تتميز بطاريات السيليكون متعدد البلورات بانخفاض متطلبات المواد الخام، خاصة وأن تكلفة التصنيع أقل. ومع ذلك، لها عيوبها مثل وجود المزيد من عيوب الشبكة التي تؤدي إلى كفاءة تحويل أقل من بطاريات السيليكون أحادي البلورة. لذلك، يجب أن يركز البحث في بطاريات السيليكون متعدد البلورات على تحسين عملية إنتاج السيليكون متعدد البلورات وتقليل العيوب في عملية الإنتاج لتعزيز جودة الرقائق الأصلية. بالإضافة إلى ذلك، يجب تبسيط عملية تصنيع بطاريات السيليكون متعدد البلورات لتقليل تكلفة الإنتاج بشكل أكبر وتسريع عملية تطوير بطاريات السيليكون متعدد البلورات.
