تم إنشاء خلية السيليكون الشمسية الأكثر كفاءة في العالم

الصين تنتج البطارية الشمسية الأكثر كفاءة في العالم بين وصلات السيليكون.

أعلنت شركة التطوير Longi عن هذا الإنجاز في وقت سابق من هذا العام. وحققت خلية الاتصال الخلفية الهجينة (HIBC) كفاءة قياسية بلغت 27.81%، وهو ما أكده رسميًا معهد أبحاث الطاقة الشمسية في هاملين (ISFH). الآن في المجلة طبيعة تم نشر مقال بالتفاصيل الفنية.

لكي تصل الطاقة الشمسية إلى إمكاناتها الكاملة، يجب على الخلايا والألواح الشمسية تحويل أكبر قدر ممكن من ضوء الشمس إلى كهرباء. تحقق الخلايا التسلسلية التقليدية كفاءة تبلغ حوالي 26% – أي أن ربع الضوء الساقط عليها فقط يصبح تيارًا.

التطور الجديد يجعل التكنولوجيا أقرب إلى حدودها المادية. بالنسبة لخلايا السيليكون أحادية الوصلة، يكون هذا الحد أقل بقليل من 30%، في حين أن الحد الأقصى النظري المطلق، المعروف باسم حد شوكلي كويسرأي ما يعادل 33.7%.

المهمة الرئيسية

تمكن الباحثون من التغلب على إحدى العقبات الرئيسية التي تحول دون زيادة الكفاءة – ما يسمى دورة العمل خاصية الجهد الحالي (FF). يمكن تسمية هذه المعلمة بـ “أداء” العنصر: فهي توضح نسبة الطاقة الممكنة نظريًا التي يتم تحويلها إلى كهرباء مفيدة.

يعني FF العالي أن التيار الكهربائي يتدفق بسلاسة وبأقل قدر من الخسارة، بينما يعني FF المنخفض أن الطاقة تتبدد داخل العنصر. ويرجع ذلك أساسًا إلى حقيقة أن الشحنات تتغلب على المقاومة العالية في الموصلات أو تتحد مرة أخرى عند الاصطدام بشحنات متضادة.

الحلول التكنولوجية

الحل الذي وجده الباحثون لتحسين FF هو عنصر هجين تم إنشاؤه من خلال ابتكارين رئيسيين.

• أولاً – هذا تصميم جديد لجهات الاتصال الخلفية (المحطات الكهربائية التي تجمع التيار). استخدم الفريق الليزر لبلورة مادة التلامس، مما أدى إلى إنشاء مسارات سريعة وعالية التوصيل للتيار. أدى هذا إلى تقليل المقاومة وتحسين عامل التعبئة.
• الابتكار الثاني – استخدام المعالجة السطحية المتقدمة وتقنية iPET الجديدة (تقنية الحافة التخميلية في الموقع – تقنية تخميل الحافة في الموقع، أي مباشرة في مكان الصنع). أدى هذا إلى زيادة استقرار العنصر وكفاءته عن طريق منع إعادة التركيب، بما في ذلك عند الحواف، حيث يكون فقدان الكهرباء مرتفعًا بشكل خاص.

تم اختبار العنصر الجديد بشكل مستقل واعتماده من قبل ISFH الألمانية في ظل ظروف معملية صارمة. وكانت النتيجة كفاءة بنسبة 27.81% وعامل تعبئة بنسبة 87.55%.

وأشار الباحثون في ورقتهم البحثية إلى أن “هذه الابتكارات تمثل اختراقات تجريبية ونظرية على حد سواء نحو خلايا كهروضوئية سيليكونية قابلة للتطوير وعالية الكفاءة”.

تتضمن خطط العلماء تحسين الاتصالات الكهربائية لتقليل المقاومة بشكل أكبر وتحسين عملية الليزر لجعل التكنولوجيا مناسبة للإنتاج الضخم.