خلية شمسية بوصلة شوتكي

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة
مخطط نطاقات وصلة pn في خلية شمسية قياسية

في الخلية الشمسية الأساسية ذات وصلة شوتكي (حاجز شوتكي) ، يوفر السطح الفاصل بين المعدن وشبه الموصل انحناء نطاق الطاقة اللازم لفصل الشحنات. [ 1 ] تتكون الخلايا الشمسية التقليدية من طبقات من أشباه الموصلات من النوع p والنوع n محصورة معًا، لتشكل مصدر الجهد الداخلي ( وصلة pn ). [ 2 ] نظرًا لاختلاف مستويات الطاقة بين مستوى فيرمي للمعدن ونطاق التوصيل لشبه الموصل، يتولد فرق جهد حاد، بدلًا من انتقال نطاق الطاقة السلس الملاحظ عبر وصلة pn في الخلية الشمسية القياسية، وهذا ما يُعرف بحاجز شوتكي . [ 3 ] على الرغم من قابليتها لارتفاع معدلات الانبعاث الحراري ، إلا أن تصنيع الخلايا الشمسية ذات حاجز شوتكي يُعدّ فعالًا من حيث التكلفة وقابلًا للتوسع على نطاق صناعي. [ 4 ]

مع ذلك، أظهرت الأبحاث أن الطبقات العازلة الرقيقة بين المعدن وأشباه الموصلات تُحسّن أداء الخلايا الشمسية، مما أثار الاهتمام بخلايا شوتكي الشمسية ذات الوصلة المعدنية-العازلة-شبه الموصلة. ويمكن لطبقة عازلة رقيقة، مثل ثاني أكسيد السيليكون ، أن تُقلل من معدلات إعادة تركيب أزواج الإلكترون-فجوة والتيار المظلم ، وذلك بالسماح لحاملات الشحنة الأقلية بالمرور عبر هذه الطبقة. [ 5 ]

تُعدّ وصلة شوتكي محاولةً لزيادة كفاءة الخلايا الشمسية عن طريق إدخال مستوى طاقة شوائب في فجوة النطاق . تستطيع هذه الشوائب امتصاص المزيد من الفوتونات ذات الطاقة المنخفضة، مما يُحسّن كفاءة تحويل الطاقة في الخلية. [ 6 ] يسمح هذا النوع من الخلايا الشمسية باحتجاز الضوء بشكلٍ مُحسّن ونقل الشحنات بشكلٍ أسرع مقارنةً بالخلايا الكهروضوئية التقليدية. [ 7 ]

أنواع المواد

يمكن تصنيع الخلايا الشمسية ذات وصلة شوتكي باستخدام أنواع عديدة ومختلفة من المواد.

سيلينيد الكادميوم

إحدى هذه المواد هي سيلينيد الكادميوم . [ 8 ] وباعتباره شبه موصل ذو فجوة نطاق مباشرة ، يتمتع سيلينيد الكادميوم (CdSe) بتطبيقات عديدة في التكنولوجيا الحديثة. وقد أسفرت التجارب السابقة التي استخدمت CdSe في الخلايا الشمسية عن كفاءة تحويل طاقة تبلغ حوالي 0.72%. [ 8 ] يقترح ليانغ لي وزملاؤه استخدام أشرطة نانوية مفردة من سيلينيد الكادميوم على أقطاب كهربائية. تعتمد هذه الطريقة على الطباعة الحجرية بشعاع الإلكترون (EBL)، والتي توفر طريقة تصنيع أكثر كفاءة لتطوير خلايا شمسية ذات وصلة شوتكي. على الرغم من أن هذه المادة لا توفر كفاءة عالية في تحويل الطاقة حتى الآن، إلا أن ظهور طرق تصنيع أبسط يبشر بالخير في تطبيقات الإلكترونيات النانوية . [ 8 ] ويجري حاليًا إجراء المزيد من الأبحاث لزيادة كفاءة خلايا سيلينيد الكادميوم.

أكسيد النيكل

عند تصنيع الخلايا الشمسية ذات الوصلات غير المتجانسة، يُعد أكسيد النيكل (II) من النوع p طبقة أنود فعالة . فوظيفته كشبه موصل ذي فجوة نطاق واسعة تُسهم في تسوية سطح الأنود، مما يُساعد على وصول أقصى تدفق للفوتونات إلى الطبقة النشطة. في هذه الحالة، تم قياس سُمك طبقة أكسيد النيكل، وتبين أن زيادة السُمك تُقلل من كفاءة الخلية. في هذه الخلايا، يحل أكسيد النيكل محل بولي(3،4-إيثيلين ديوكسي ثيوفين) بوليسترين سلفونات، أو PEDOT:PSS ، مما يُؤدي إلى زيادة ملحوظة في الأداء مع الحفاظ على استقرار الخلية. بالمقارنة مع خلية سيلينيد الكادميوم، تُوفر خلايا ثاني أكسيد النيكل كفاءة تحويل طاقة تصل إلى 5.2%. [ 9 ]

زرنيخيد الغاليوم

في ظل الظروف المناسبة، يمكن لخلية زرنيخيد الغاليوم أن تحقق كفاءة تصل إلى حوالي 22%. تُصنف هذه الخلية ضمن فئة MIS ( معدن-عازل-شبه موصل) ، وتتطلب طبقة رقيقة من الأكسيد لمنع تثبيط التيار الضوئي. [ 10 ] وقد أظهر شينغ إس. لي وزملاؤه لأول مرة أنه يمكن تحقيق ارتفاع حاجز فعال يساوي طاقة فجوة النطاق إذا تم اختيار سمك وكثافة الشوائب في الطبقة p، بالإضافة إلى كثافة الشوائب في الركيزة n، بشكل مناسب. [ 10 ]

مراجع

  1. ↑ تونغ، ريموند ت. (2014). "فيزياء وكيمياء ارتفاع حاجز شوتكي" . مراجعات الفيزياء التطبيقية . 1 (1): 011304. Bibcode : 2014ApPRv...1a1304T . doi : 10.1063/1.4858400 .
  2. ↑ بارتين، لاري؛ فراس، لويس (2010). الخلايا الشمسية وتطبيقاتها . هوبوكين، نيو جيرسي: جون وايلي وأولاده، المحدودة.
  3. ↑ لاندسبيرغ، بي تي؛ كليمبي، سي. (1977). "نظرية خلية حاجز شوتكي" (ملف PDF) . وقائع الجمعية الملكية في لندن. السلسلة أ، العلوم الرياضية والفيزيائية . 354 (1676): 101-118 . doi : 10.1098/rspa.1977.0058 . S2CID 97366390 . 
  4. ↑ سريفاتافا، س.؛ وآخرون (1980). "كفاءة الخلايا الشمسية ذات حاجز شوتكي". فيزيكا ستاتوس سوليدي أ . 58 (2): 343-348 . Bibcode : 1980PSSAR..58..343S . doi : 10.1002/pssa.2210580203 . 
  5. ↑ بولفري، ديفيد ل. (1978). "الخلايا الشمسية المعدنية العازلة: مراجعة". معاملات IEEE للأجهزة الإلكترونية . 25 (11): 1308-1317 . Bibcode : 1978ITED...25.1308P . doi : 10.1109/t-ed.1978.19271 . S2CID 47296128 . 
  6. ↑ لوكي، أنطونيو؛ مارتي، أنطونيو (1997). "زيادة كفاءة الخلايا الشمسية المثالية عن طريق الانتقالات المحفزة بالفوتونات عند المستويات المتوسطة". رسائل المراجعة الفيزيائية . 78 (26): 5014-5017 . Bibcode : 1997PhRvL..78.5014L . doi : 10.1103/physrevlett.78.5014 .
  7. ↑ فان، جويفينج؛ تشو، هونغ وى؛ وانغ، كونلين؛ وي، جينكوان؛ لي، شينمينغ؛ شو، كينكي؛ قوه نينغ. وو ديهاي (2011). “تقاطع شوتكي من الجرافين / السيليكون النانوي لتعزيز حصاد الضوء”. المواد والواجهات التطبيقية لـ ACS . 3 (3): 721-725 . دوى : 10.1021 / صباحا1010354 . بميد 21323376 . 
  8. 1 2 3 لي، ليانغ؛ لو، هاو؛ دينغ، كايمو (3 ديسمبر 2012). "خلايا شمسية ذات وصلة شوتكي باستخدام أقطاب كهربائية من أشرطة نانوية مفردة من سيلينيد الكادميوم". مجلة كيمياء المواد أ . 1 (6): 2089-2093 . doi : 10.1039/C2TA00410K .
  9. ↑ إيروين، مايكل د.؛ بوخهولز، بروس؛ هاينز، ألكسندر و.؛ تشانغ، روبرت ب.هـ.؛ ماركس، توبين ج. (26 فبراير 2008). "أكسيد النيكل شبه الموصل من النوع p كطبقة بينية للأنود محسّنة للكفاءة في الخلايا الشمسية ذات الوصلات غير المتجانسة البوليمرية" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 105 (8): 2783-2787 . Bibcode : 2008PNAS..105.2783I . doi : 10.1073/pnas.0711990105 . PMC 2268537 . 
  10. 1 2 لي، شينغ س. (فبراير 1978). "تحليل نظري لخلية شمسية جديدة من نوع شوتكي مصنوعة من زرنيخيد الغاليوم MPN". إلكترونيات الحالة الصلبة . 21 (2): 435-438 . Bibcode : 1978SSEle..21..435L . doi : 10.1016/0038-1101(78)90274-5 .

للمزيد من القراءة

  • ميمينغ، روديغر (2000). الكيمياء الكهربائية لأشباه الموصلات (  الطبعة الثانية). وايلي-في سي إتش. الصفحات 26-38 . doi : 10.1002/9783527613069 . ISBN  978-352731281-8. S2CID 30162712 .