تقنية جديدة لخلايا شمسية رقيقة تعمل في درجات حرارة منخفضة بكفاءة عالية

تستغل الخلايا الشمسية الرقيقة ثنائية الوجه ضوء الشمس من كلا الجانبين لتحقيق إنتاجية أعلى.

نجح فريق بحثي في تطبيق خلايا شمسية رقيقة من CuInSe₂، مكونة من النحاس (Cu) والإنديوم (In) والسيلينيوم (Se) على ركائز أقطاب كهربائية شفافة.

علاوة على ذلك، طور الفريق “تقنية خلايا شمسية ثنائية الوجه” تستقبل ضوء الشمس من الجانبين الأمامي والخلفي لتوليد الطاقة.

يمكن تصنيع هذه التقنية في درجات حرارة منخفضة، مما يُبسط عملية الإنتاج، وهي قابلة للتطبيق على نطاق واسع في مجال الطاقة الشمسية المدمجة في المباني، والطاقة الشمسية الزراعية، والخلايا الشمسية الترادفية عالية الكفاءة في المستقبل.

نُشرت النتائج في مجلة Advanced Energy Materials، وقاد الفريق دايهوان كيم وشيجوون سونج من قسم تكنولوجيا الطاقة والبيئة (المرتبط بالهندسة متعددة التخصصات) في معهد دايجو جيونجبوك للعلوم والتكنولوجيا.

في الآونة الأخيرة، حظيت الخلايا الشمسية ثنائية الوجه باهتمام كبير، إذ تستطيع امتصاص الضوء من الجهتين الأمامية والخلفية في آنٍ واحد، وليس فقط من الأمام، لتوليد المزيد من الكهرباء في نفس المساحة.

ولتنفيذ هذه الخلايا، من الضروري استخدام ركائز أقطاب كهربائية شفافة تسمح بمرور الضوء، ومع ذلك، عند تصنيع الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة على أقطاب كهربائية شفافة ذات مقاومة حرارية منخفضة، كان من الصعب تحقيق خصائص جيدة، وذلك لأن تصنيع الخلايا الشمسية التقليدية ذات الأغشية الرقيقة يتطلب درجات حرارة عالية.

تقنية الخلايا الشمسية المركبة ذات الأغشية الرقيقة

نجح الباحثان الرئيسيان كيم وسونج في معهد DGIST في تطوير تقنية الخلايا الشمسية المركبة ذات الأغشية الرقيقة، والتي تعمل عند درجات حرارة أقل من 420 درجة مئوية، وتتميز بفجوة نطاق ضيقة.

أُضيفت الفضة (Ag) خلال العملية لتشكيل مركب CuInSe₂، مما أتاح ترسيبًا عالي الجودة للمركب في درجات حرارة منخفضة.

علاوة على ذلك، عززت هذه التقنية كفاءة الجهاز من خلال تحفيز تدرج الغاليوم (Ga) في أسفل طبقة CuInSe₂، وتحسين خصائص نقل الشحنة (توصيل الناقل) وإعادة التركيب.

وقد مكّن هذا فريق البحث من تحسين أداء الخلايا الشمسية ثنائية الوجه ذات الأغشية الرقيقة المصنوعة من CuInSe₂ والمبنية على ركائز شفافة.

ونتيجةً لذلك، حققت الخلايا الشمسية الرقيقة ضيقة الفجوة، التي طورها فريق البحث والمثبتة على ركائز شفافة، أحد أفضل أداء عالميًا، بكفاءة أمامية بلغت 15.3% وكفاءة خلفية بلغت 8.44% .

كفاءة عالية

كما أظهرت كفاءة عالية في قياسات أداء الألواح ثنائية الوجه، حيث بلغت كثافة توليد الطاقة (BPGD) لها 23.1 ميجاواط/سم².

قال كيم وسونج: «تُتيح هذه الدراسة إمكانية جديدة لزيادة كفاءة الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة والمبنية على ركائز شفافة، وسنعمل على توسيع نطاق تطبيقات تقنية الخلايا الشمسية ثنائية الوجه عالية الكفاءة والمبنية على ركائز شفافة».

وفي الوقت نفسه، شارك كيم وسونج من قسم تكنولوجيا الطاقة والبيئة (المرتبط أيضًا بالهندسة متعددة التخصصات) في هذه الدراسة كمؤلفين مراسلين، بينما عمل علي أمانات، طالب دكتوراه في الهندسة متعددة التخصصات، ودونج هوان جيون، باحث بدوام كامل في قسم تكنولوجيا الطاقة والبيئة، كمؤلفين أولين.