تصنيف بطاريات الطاقة الشمسية - النوع الثاني من بطاريات الطاقة الشمسية

1. بطاريات الطاقة الشمسية ذات الأغشية الرقيقة من تلوريد الكادميوم

CdTe هو شبه موصل مركب ذو فجوة طيفية Eg تبلغ 1.45 إلكترون فولت. أصبح CdTe نوعًا جديدًا من مواد بطاريات الطاقة الشمسية ذات الأغشية الرقيقة ذات آفاق تطبيق جيدة بسبب قدرته العالية على امتصاص الضوء وإمكانية ترسيب أفلام CdTe على مساحات واسعة. ومع ذلك، بسبب تأثير التعويض الذاتي لـ CdTe، من الصعب تحضير وصلة متجانسة ذات توصيلية عالية، لذا فإن البطاريات الفعلية هي في الغالب بطاريات ذات وصلة غير متجانسة ذات أغشية رقيقة. لا يوجد فرق كبير في ثوابت الشبكة بين Cd وCdTe، وعادةً ما تكون أفضل المواد النافذة المستخدمة في بطاريات CdTe ذات الأغشية الرقيقة. تشمل طرق تحضير أفلام CdTe بشكل رئيسي التبلور الطوري السائل (LPE)، التسامي في الفضاء القريب، ترسيب النقل بالبخار، الترسيب بالرش، الترسيب الكهروكيميائي، والتحلل الحراري بالرش.
الكفاءة العالية لبطاريات الطاقة الشمسية ذات الأغشية الرقيقة من CdTe الطاقة الشمسية تجعلها تحتل حصة معينة في سوق الخلايا الكهروضوئية، ويمكن لبطاريات CdTe ذات الأغشية الرقيقة تحقيق المرونة والشفافية، مما يزيد من آفاق تطبيقها في صناعات السيارات والبناء. ومع ذلك، فإن كل من Cd وTe عناصر سامة، مما يحد من الترويج والتطبيق لبطاريات CdTe ذات الأغشية الرقيقة إلى حد ما. لذلك، يجب أن يركز البحث المستقبلي على تقليل محتوى العناصر السامة مع تحسين الكفاءة أو تحسين استقرار البطارية نفسها وتقليل خطر تسرب العناصر السامة.

2. بطاريات الطاقة الشمسية ذات الأغشية الرقيقة من غاليوم أرسنيد

GaAs هو مادة شبه موصل مركب من المجموعة III-V ذات فجوة طيفية مباشرة (Eg=1.43eV). مرت طرق تحضير بطاريات الطاقة الشمسية ذات الأغشية الرقيقة من GaAs بطرق مثل الانتشار، LPE، الترسيب الكيميائي بالبخار العضوي المعدني (MOCVD)، وغيرها.
تتمتع بطاريات الطاقة الشمسية ذات الأغشية الرقيقة من GaAs بالعديد من المزايا، مثل الكفاءة العالية في التحويل، مقاومة جيدة للإشعاع، ومقاومة درجات الحرارة العالية، ويمكن تصنيعها كبطاريات شمسية على ركيزة غير متجانسة وبطاريات شمسية متعددة الوصلات، مما يزيد من آفاق تطبيق بطاريات GaAs في مجال الفضاء الجوي. ومع ذلك، فإن تكلفة إنتاج بطاريات GaAs ذات الأغشية الرقيقة مرتفعة جدًا، وخصائص السمية لعنصر الأرسنيك تحد من تطبيق هذه البطاريات في المجال المدني. لذلك، يجب أن يركز البحث المستقبلي على تبسيط عملية تصنيع البطارية وإيجاد عناصر وفيرة وغير سامة لتحل محل الأرسنيك، لتوسيع مجال تطبيق هذا النوع من البطاريات الشمسية.

3. بطاريات الطاقة الشمسية ذات الأغشية الرقيقة من سيلينيد النحاس والإنديوم والغاليوم

بطاريات الطاقة الشمسية ذات الأغشية الرقيقة من CIGS مصنوعة من بطاريات الطاقة الشمسية ذات الأغشية الرقيقة من سيلينيد النحاس والإنديوم (CIS) عن طريق استبدال جزء من الإنديوم (In) بعنصر الغاليوم (Ga). الهيكل النموذجي لبطاريات CIGS ذات الأغشية الرقيقة هو TCO/ZnO/CdS/CIGS/القطب الخلفي/الركيزة. تشمل الطرق الرئيسية لتحضير بطاريات CIGS ذات الأغشية الرقيقة الترسيب بالرش، MOCVD، الرش السائل، التحلل الحراري بالرش، الطباعة بالشاشة، والترسيب الكهربائي.
تتمتع بطاريات الطاقة الشمسية ذات الأغشية الرقيقة من CIGS بمزايا مثل الكفاءة العالية، العمر الطويل، عدم وجود تأثير التحلل الضوئي، ويمكن ترسيبها على ركائز بوليمرية وفلزية مرنة. ومع ذلك، فإن بطاريات CIGS ذات الأغشية الرقيقة لها بعض العيوب، مثل استخدام العديد من المواد التركيبية، وتعقيد عملية التركيب، ووجود عناصر نادرة مثل In وعناصر سامة مثل Cd في المواد التركيبية، مما يجعل تكلفة البطارية مرتفعة جدًا ويسبب تلوثًا بيئيًا خطيرًا. وبالنظر إلى عيوب العناصر النادرة أو السامة، يتم استخدام Zn وSn الرخيصين لاستبدال In وGa المكلفين للحصول على بطاريات طاقة شمسية ذات أغشية رقيقة من Cu2ZnSn(S, Se)4 (CZTSSe) مشابهة لبطاريات CIGS. بطاريات CZTSSe ذات الأغشية الرقيقة ليست صديقة للبيئة فحسب، بل إن CZTSSe مادة ذات فجوة طيفية مباشرة ومعامل امتصاص كبير. لذلك، من خلال تقليل سمك البطارية ذات الأغشية الرقيقة، يمكن تقليل كمية المواد المستخدمة، مما يقلل من التكلفة الإجمالية لهذا النوع من البطاريات.