خلية شمسية

📅 آخر تحديث: ٢٠ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٠ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 25 صور
الموسوعة الحرة

خلية شمسية تقليدية من السليكون البلوري (اعتبارًا من عام 2005). يتم طباعة جهات الاتصال الكهربائية المصنوعة من قضبان التوصيل (الأشرطة الفضية اللون الأكبر) والأصابع (الأصغر حجمًا) على رقاقة السليكون .
رمز الخلية الكهروضوئية.

الخلية الشمسية أو الخلية الكهروضوئية ( خلية PV ) هي جهاز إلكتروني يحول طاقة الضوء مباشرة إلى كهرباء عن طريق التأثير الكهروضوئي . [1] إنها شكل من أشكال الخلية الكهروضوئية، وهو جهاز تختلف خصائصه الكهربائية (مثل التيار أو الجهد أو المقاومة ) عند تعرضه للضوء. غالبًا ما تكون أجهزة الخلايا الشمسية الفردية هي اللبنات الأساسية الكهربائية للوحدات الكهروضوئية ، والمعروفة بالعامية باسم "الألواح الشمسية". تتكون جميع الخلايا الكهروضوئية التجارية تقريبًا من السيليكون البلوري ، بحصة سوقية تبلغ 95٪. تمثل الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة من تيلوريد الكادميوم الباقي. [2] يمكن للخلية الشمسية السيليكونية أحادية الوصلة الشائعة إنتاج أقصى جهد دائرة مفتوحة يبلغ حوالي 0.5 إلى 0.6 فولت . [3]

يمكن أن تعمل الخلايا الكهروضوئية تحت أشعة الشمس أو الضوء الاصطناعي. بالإضافة إلى إنتاج الطاقة، يمكن استخدامها ككاشف ضوئي (على سبيل المثال، كاشفات الأشعة تحت الحمراء )، أو للكشف عن الضوء أو الإشعاع الكهرومغناطيسي الآخر بالقرب من النطاق المرئي، أو قياس شدة الضوء.

يتطلب تشغيل الخلية الكهروضوئية ثلاث سمات أساسية:

على النقيض من ذلك، يوفر المجمع الشمسي الحراري الحرارة عن طريق امتصاص ضوء الشمس ، لغرض التسخين المباشر أو توليد الطاقة الكهربائية غير المباشرة من الحرارة. من ناحية أخرى، يشير مصطلح "الخلية الكهروضوئية" ( الخلية الكهروضوئية الكيميائية ) إما إلى نوع من الخلايا الكهروضوئية (مثل تلك التي طورها إدموند بيكريل والخلايا الشمسية الحديثة المصبوغة بالحساسية ) ، أو إلى جهاز يقسم الماء مباشرة إلى هيدروجين وأكسجين باستخدام الإضاءة الشمسية فقط.

الخلايا الكهروضوئية والمجمعات الشمسية هما الوسيلتان لإنتاج الطاقة الشمسية .

التطبيقات

تُستخدم مجموعات الخلايا الشمسية في صنع وحدات شمسية تولد الطاقة الكهربائية من ضوء الشمس ، على عكس "وحدة الطاقة الشمسية الحرارية" أو "لوحة الماء الساخن الشمسية". تولد مجموعة الألواح الشمسية الطاقة الشمسية باستخدام الطاقة الشمسية .

التطبيقات المركباتية

سيارة Sunraycer التي طورتها شركة GM ( جنرال موتورز )

يعد استخدام الخلايا الشمسية كمصدر بديل للطاقة في تطبيقات المركبات صناعة متنامية. يشار إلى المركبات الكهربائية التي تعمل بالطاقة الشمسية و/أو ضوء الشمس عادةً باسم السيارات الشمسية. [ بحاجة لمصدر ] تستخدم هذه المركبات الألواح الشمسية لتحويل الضوء الممتص إلى طاقة كهربائية يتم تخزينها بعد ذلك في البطاريات . [ بحاجة لمصدر ] هناك عوامل إدخال متعددة تؤثر على طاقة خرج الخلايا الشمسية مثل درجة الحرارة وخصائص المواد وظروف الطقس والإشعاع الشمسي والمزيد. [4]

كانت أول حالة للخلايا الكهروضوئية في تطبيقات المركبات في منتصف النصف الثاني من القرن العشرين. وفي محاولة لزيادة الدعاية والوعي بالنقل بالطاقة الشمسية، قرر هانز ثولستروب إقامة النسخة الأولى من World Solar Challenge في عام 1987. [ بحاجة لمصدر ] كان سباقًا بطول 3000 كيلومتر عبر المناطق النائية الأسترالية حيث تمت دعوة المتنافسين من مجموعات أبحاث الصناعة وأفضل الجامعات في جميع أنحاء العالم للتنافس. [ بحاجة لمصدر ] انتهى الأمر بشركة جنرال موتورز بالفوز بالحدث بهامش كبير بمركبتها Sunraycer التي حققت سرعات تزيد عن 40 ميلاً في الساعة. [ بحاجة لمصدر ] ومع ذلك، على عكس الاعتقاد السائد، تعد السيارات التي تعمل بالطاقة الشمسية واحدة من أقدم مركبات الطاقة البديلة. [5]

تستغل المركبات الشمسية الحالية الطاقة من الشمس عبر الألواح الشمسية التي تُعد مجموعة مجمعة من الخلايا الشمسية تعمل جنبًا إلى جنب نحو هدف مشترك. [6] تستخدم هذه الأجهزة ذات الحالة الصلبة انتقالات ميكانيكية كمية من أجل تحويل كمية معينة من الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية. [6] ثم يتم تخزين الكهرباء الناتجة في بطارية السيارة من أجل تشغيل محرك السيارة. [6] تختلف البطاريات في المركبات التي تعمل بالطاقة الشمسية عن تلك الموجودة في سيارات الاحتراق الداخلي القياسية لأنها مصممة بطريقة تمنح المزيد من الطاقة للمكونات الكهربائية للسيارة لفترة أطول. [ بحاجة لمصدر ]

الخلايا والوحدات والألواح والأنظمة

من خلية شمسية إلى نظام كهروضوئي. رسم تخطيطي للمكونات المحتملة للنظام الكهروضوئي

تتكون لوحة أو وحدة شمسية كهروضوئية من خلايا شمسية متعددة في مجموعة متكاملة، موجهة جميعها في مستوى واحد . غالبًا ما تحتوي الوحدات الكهروضوئية على طبقة من الزجاج على الجانب المواجه للشمس، مما يسمح للضوء بالمرور مع حماية رقائق أشباه الموصلات . عادة ما يتم توصيل الخلايا الشمسية على التوالي مما يخلق جهدًا إضافيًا. يؤدي توصيل الخلايا بالتوازي إلى تيار أعلى.

ومع ذلك، فإن المشاكل في الخلايا المتوازية مثل تأثيرات الظل يمكن أن تؤدي إلى إيقاف تشغيل السلسلة المتوازية الأضعف (الأقل إضاءة) (عدد من الخلايا المتصلة على التوالي) مما يتسبب في فقدان كبير للطاقة وأضرار محتملة بسبب التحيز العكسي المطبق على الخلايا المظللة بواسطة شركائها المضاءين. [ بحاجة لمصدر ]

على الرغم من أنه يمكن ربط الوحدات ببعضها البعض لإنشاء مجموعة بجهد تيار مستمر الذروة المطلوب وسعة تيار التحميل، وهو ما يمكن القيام به باستخدام أو بدون استخدام أجهزة تتبع نقطة القدرة القصوى المستقلة (MPPTs ) أو، على وجه التحديد لكل وحدة، باستخدام أو بدون وحدات إلكترونية طاقة على مستوى الوحدة (MLPE) مثل المحولات الدقيقة أو محسنات التيار المستمر إلى التيار المستمر . يمكن أن تقلل الثنائيات المتوازية من فقدان طاقة التظليل في المصفوفات ذات الخلايا المتصلة على التوالي/التوازي.

أسعار أنظمة الطاقة الكهروضوئية النموذجية في عام 2013 في بلدان مختارة (بالدولار الأمريكي/واط)
أستراليا الصين فرنسا ألمانيا إيطاليا اليابان المملكة المتحدة الولايات المتحدة
سكني 1.8 1.5 4.1 2.4 2.8 4.2 2.8 4.9
تجاري 1.7 1.4 2.7 1.8 1.9 3.6 2.4 4.5
على نطاق المرافق 2.0 1.4 2.2 1.4 1.5 2.9 1.9 3.3
المصدر: وكالة الطاقة الدولية - خارطة طريق التكنولوجيا: تقرير الطاقة الشمسية الكهروضوئية ، إصدار 2014 [7] : 15 
ملاحظة: وزارة الطاقة - اتجاهات تسعير النظام الكهروضوئي تشير إلى انخفاض الأسعار في الولايات المتحدة [8]

بحلول عام 2020، انخفضت تكلفة الواط الواحد لنظام المرافق في الولايات المتحدة إلى 0.94 دولارًا. [9]

تاريخ

تم إثبات التأثير الكهروضوئي تجريبياً لأول مرة من قبل الفيزيائي الفرنسي إدموند بيكريل . في عام 1839، في سن 19 عامًا، بنى أول خلية كهروضوئية في العالم في مختبر والده. وصف ويلوبي سميث لأول مرة "تأثير الضوء على السيلينيوم أثناء مرور تيار كهربائي" في عدد 20 فبراير 1873 من مجلة نيتشر . في عام 1883، بنى تشارلز فريتس أول خلية كهروضوئية في الحالة الصلبة عن طريق طلاء السيلينيوم شبه الموصل بطبقة رقيقة من الذهب لتشكيل الوصلات؛ كانت كفاءة الجهاز حوالي 1٪ فقط. [10] تشمل المعالم الأخرى ما يلي:

تطبيقات الفضاء

استخدمت وكالة ناسا الخلايا الشمسية في مركباتها الفضائية منذ البداية، وكان قمرها الصناعي الثاني الناجح فانغارد 1 (1958) أول قمر صناعي يحمل الخلايا الشمسية في الفضاء.

استُخدمت الخلايا الشمسية لأول مرة في تطبيق بارز عندما تم اقتراحها وإطلاقها على قمر فانغارد الصناعي في عام 1958، كمصدر طاقة بديل لمصدر طاقة البطارية الأساسي . من خلال إضافة خلايا إلى خارج الجسم، يمكن تمديد وقت المهمة دون إجراء تغييرات كبيرة على المركبة الفضائية أو أنظمة الطاقة الخاصة بها. في عام 1959، أطلقت الولايات المتحدة إكسبلورر 6 ، الذي يتميز بمجموعات شمسية كبيرة على شكل أجنحة، والتي أصبحت سمة شائعة في الأقمار الصناعية. تتكون هذه المجموعات من 9600 خلية شمسية هوفمان .

بحلول ستينيات القرن العشرين، كانت الخلايا الشمسية (ولا تزال) المصدر الرئيسي للطاقة لمعظم الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض وعدد من المجسات في النظام الشمسي، لأنها قدمت أفضل نسبة طاقة إلى وزن . ومع ذلك، كان هذا النجاح ممكنًا لأنه في تطبيقات الفضاء، يمكن أن تكون تكاليف نظام الطاقة مرتفعة، لأن مستخدمي الفضاء لديهم خيارات طاقة أخرى قليلة، وكانوا على استعداد لدفع ثمن أفضل الخلايا الممكنة. دفعت سوق الطاقة الفضائية تطوير كفاءات أعلى في الخلايا الشمسية حتى بدأ برنامج "البحث التطبيقي للاحتياجات الوطنية" التابع للمؤسسة الوطنية للعلوم في دفع تطوير الخلايا الشمسية للتطبيقات الأرضية.

في أوائل تسعينيات القرن العشرين، انحرفت التكنولوجيا المستخدمة في الخلايا الشمسية الفضائية عن تكنولوجيا السيليكون المستخدمة في الألواح الأرضية، مع تحول تطبيق المركبات الفضائية إلى مواد أشباه الموصلات III-V القائمة على زرنيخيد الغاليوم ، والتي تطورت بعد ذلك إلى الخلية الكهروضوئية متعددة الوصلات III-V الحديثة المستخدمة في المركبات الفضائية.

في السنوات الأخيرة، تحركت الأبحاث نحو تصميم وتصنيع خلايا شمسية خفيفة الوزن ومرنة وعالية الكفاءة. تستخدم تقنية الخلايا الشمسية الأرضية عمومًا خلايا ضوئية مغلفة بطبقة من الزجاج من أجل القوة والحماية. تتطلب تطبيقات الخلايا الشمسية في الفضاء أن تكون الخلايا والمصفوفات عالية الكفاءة وخفيفة الوزن للغاية. بعض التقنيات الأحدث المطبقة على الأقمار الصناعية هي خلايا ضوئية متعددة الوصلات، والتي تتكون من وصلات p-n مختلفة مع فجوات نطاق متفاوتة من أجل الاستفادة من طيف أوسع من طاقة الشمس. بالإضافة إلى ذلك، تتطلب الأقمار الصناعية الكبيرة استخدام مجموعات شمسية كبيرة لإنتاج الكهرباء. يجب تفكيك هذه المصفوفات الشمسية لتناسب القيود الهندسية لمركبة الإطلاق التي يسافر عليها القمر الصناعي قبل حقنه في المدار. تاريخيًا، تتكون الخلايا الشمسية على الأقمار الصناعية من عدة ألواح أرضية صغيرة مطوية معًا. يتم فتح هذه الألواح الصغيرة في لوحة كبيرة بعد نشر القمر الصناعي في مداره. تهدف الأقمار الصناعية الأحدث إلى استخدام مجموعات شمسية مرنة قابلة للدحرجة وخفيفة الوزن للغاية ويمكن تعبئتها في حجم صغير جدًا. يؤدي الحجم والوزن الأصغر لهذه المصفوفات المرنة إلى تقليل التكلفة الإجمالية لإطلاق القمر الصناعي بشكل كبير بسبب العلاقة المباشرة بين وزن الحمولة وتكلفة إطلاق مركبة الإطلاق. [20]

في عام 2020، أجرى مختبر الأبحاث البحرية الأمريكية أول اختبار لتوليد الطاقة الشمسية في قمر صناعي، وهي تجربة وحدة هوائي التردد الراديوي الكهروضوئي (PRAM) على متن طائرة بوينج X-37 . [21] [22]

تحسين طرق التصنيع

كانت التحسينات تدريجية خلال الستينيات. وكان هذا أيضًا السبب وراء بقاء التكاليف مرتفعة، لأن مستخدمي الفضاء كانوا على استعداد لدفع ثمن أفضل الخلايا الممكنة، ولم يتركوا أي سبب للاستثمار في حلول أقل تكلفة وأقل كفاءة. تم تحديد السعر إلى حد كبير من قبل صناعة أشباه الموصلات ؛ أدى انتقالهم إلى الدوائر المتكاملة في الستينيات إلى توافر كرات أكبر بأسعار نسبية أقل. ومع انخفاض سعرها، انخفض سعر الخلايا الناتجة أيضًا. أدت هذه التأثيرات إلى خفض تكاليف الخلايا في عام 1971 إلى حوالي 100 دولار لكل واط. [23]

في أواخر عام 1969، انضم إليوت بيرمان إلى فريق عمل إكسون الذي كان يبحث عن مشاريع بعد 30 عامًا في المستقبل وفي أبريل 1973 أسس شركة الطاقة الشمسية (SPC)، وهي شركة تابعة مملوكة بالكامل لشركة إكسون في ذلك الوقت. [ 24] [25] [26] خلصت المجموعة إلى أن الطاقة الكهربائية ستكون أكثر تكلفة بكثير بحلول عام 2000، وشعرت أن هذه الزيادة في السعر ستجعل مصادر الطاقة البديلة أكثر جاذبية. أجرى دراسة للسوق وخلص إلى أن السعر لكل واط حوالي 20 دولارًا / واط من شأنه أن يخلق طلبًا كبيرًا. [24] ألغى الفريق خطوات تلميع الرقائق وطلائها بطبقة مضادة للانعكاس، معتمدًا على سطح الرقاقة المنشور الخشن. كما استبدل الفريق المواد باهظة الثمن والأسلاك اليدوية المستخدمة في تطبيقات الفضاء بلوحة دوائر مطبوعة على الظهر، وبلاستيك أكريليك في المقدمة، وغراء سيليكون بين الاثنين، "لتغليف" الخلايا. [27] يمكن تصنيع الخلايا الشمسية باستخدام مواد ملقاة من سوق الإلكترونيات. بحلول عام 1973، أعلنوا عن منتج، وأقنعت شركة SPC شركة Tideland Signal باستخدام ألواحها لتشغيل العوامات الملاحية ، في البداية لصالح خفر السواحل الأمريكي. [25]

البحث والإنتاج الصناعي

أصبح البحث في مجال الطاقة الشمسية للتطبيقات الأرضية بارزًا مع قسم أبحاث وتطوير الطاقة الشمسية المتقدمة التابع للمؤسسة الوطنية للعلوم الأمريكية ضمن برنامج "البحث التطبيقي للاحتياجات الوطنية"، والذي استمر من عام 1969 إلى عام 1977، [28] ومول أبحاثًا حول تطوير الطاقة الشمسية لأنظمة الطاقة الكهربائية الأرضية. حدد مؤتمر عام 1973، "مؤتمر شيري هيل"، أهداف التكنولوجيا المطلوبة لتحقيق هذا الهدف ووضع الخطوط العريضة لمشروع طموح لتحقيقها، مما أدى إلى انطلاق برنامج بحثي تطبيقي سيستمر لعدة عقود. [29] تم الاستيلاء على البرنامج في النهاية من قبل إدارة أبحاث وتطوير الطاقة (ERDA)، [30] والتي تم دمجها لاحقًا في وزارة الطاقة الأمريكية .

في أعقاب أزمة النفط عام 1973 ، استخدمت شركات النفط أرباحها الأعلى لبدء (أو شراء) شركات الطاقة الشمسية، وكانت لعقود من الزمان أكبر المنتجين. كانت لدى شركات إكسون وأركو وشل وأموكو (التي اشترتها لاحقًا شركة بي بي) وموبيل أقسام رئيسية للطاقة الشمسية خلال السبعينيات والثمانينيات. كما شاركت شركات التكنولوجيا، بما في ذلك جنرال إلكتريك وموتورولا وآي بي إم وتيكو وآر سي إيه. [31]

انخفاض التكاليف والنمو المتزايد

عند تعديل التضخم، بلغت تكلفة الوحدة الشمسية 96 دولارًا لكل واط في منتصف السبعينيات. أدت تحسينات العملية وزيادة كبيرة جدًا في الإنتاج إلى خفض هذا الرقم بأكثر من 99٪، إلى 30 سنتًا لكل واط في عام 2018 [34] وإلى 20 سنتًا لكل واط في عام 2020. [35] قانون سوانسون هو ملاحظة مماثلة لقانون مور الذي ينص على أن أسعار الخلايا الشمسية تنخفض بنسبة 20٪ لكل مضاعفة لسعة الصناعة. وقد ظهر في مقال في صحيفة الإيكونوميست الأسبوعية البريطانية في أواخر عام 2012. [36] كانت تكاليف توازن النظام أعلى من تكاليف الألواح. يمكن بناء مجموعات تجارية كبيرة، اعتبارًا من عام 2018، بأقل من 1.00 دولار للواط، وتشغيلها بالكامل. [9]

مع انتقال صناعة أشباه الموصلات إلى كرات أكبر من أي وقت مضى ، أصبحت المعدات القديمة غير مكلفة. نمت أحجام الخلايا مع توفر المعدات في سوق الفائض؛ استخدمت الألواح الأصلية لشركة ARCO Solar خلايا يبلغ قطرها من 2 إلى 4 بوصات (50 إلى 100 مم). استخدمت الألواح في التسعينيات وأوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين عمومًا رقائق مقاس 125 مم؛ منذ عام 2008، تستخدم جميع الألواح الجديدة تقريبًا خلايا أكبر من 156 مم [37] ، وبحلول عام 2020 تستخدم خلايا "M10" أكبر مقاس 182 مم. [38] أدى التقديم الواسع النطاق لأجهزة التلفزيون ذات الشاشة المسطحة في أواخر التسعينيات وأوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين إلى توفر واسع النطاق لألواح زجاجية كبيرة وعالية الجودة لتغطية الألواح.

خلال تسعينيات القرن العشرين، أصبحت خلايا البولي سيليكون ("بولي") أكثر شعبية. توفر هذه الخلايا كفاءة أقل من نظيراتها من أحادي السيليكون ("مونو")، لكنها تُزرع في أحواض كبيرة تقلل التكلفة. بحلول منتصف العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، كانت البولي سيليكون مهيمنة في سوق الألواح منخفضة التكلفة، ولكن في الآونة الأخيرة عادت الخلايا أحادية السيليكون إلى الاستخدام على نطاق واسع.

استجاب مصنعو الخلايا القائمة على الرقاقة لأسعار السيليكون المرتفعة في الفترة من 2004 إلى 2008 بتخفيضات سريعة في استهلاك السيليكون. في عام 2008، وفقًا لجيف بورتمانز، مدير قسم الطاقة العضوية والطاقة الشمسية في IMEC ، تستخدم الخلايا الحالية 8-9 جرام (0.28-0.32 أونصة) من السيليكون لكل واط من توليد الطاقة، مع سماكة رقاقة في حدود 200 ميكرون . تهيمن ألواح السيليكون البلورية على الأسواق العالمية ويتم تصنيعها في الغالب في الصين وتايوان. بحلول أواخر عام 2011، أدى انخفاض الطلب الأوروبي إلى انخفاض أسعار وحدات الطاقة الشمسية البلورية إلى حوالي 1.09 دولار [39] لكل واط بشكل حاد عن عام 2010. استمرت الأسعار في الانخفاض في عام 2012، حيث وصلت إلى 0.62 دولار / واط بحلول الربع الرابع من عام 2012. [40]

تنمو الطاقة الشمسية الكهروضوئية بشكل أسرع في آسيا، حيث تمثل الصين واليابان حاليًا نصف الانتشار العالمي . [41] وصلت القدرة العالمية المركبة للطاقة الشمسية الكهروضوئية إلى 301 جيجاواط على الأقل في عام 2016، ونمت لتزويد 1.3٪ من الطاقة العالمية بحلول عام 2016. [42]

كان من المتوقع أن تكون الكهرباء من الطاقة الكهروضوئية قادرة على المنافسة مع تكاليف الكهرباء بالجملة في جميع أنحاء أوروبا ويمكن تقليص فترة استرداد الطاقة لوحدات السيليكون البلورية إلى أقل من 0.5 سنة بحلول عام 2020. [43]

تعتبر التكاليف المتناقصة أحد أكبر العوامل في النمو السريع للطاقة المتجددة، حيث انخفضت تكلفة الكهرباء الكهروضوئية الشمسية بنحو 85% بين عام 2010 (عندما شكلت الطاقة الشمسية وطاقة الرياح 1.7% من توليد الكهرباء العالمي) وعام 2021 (حيث شكلت 8.7%). [44] في عام 2019، شكلت الخلايا الشمسية نحو 3% من توليد الكهرباء في العالم. [45]

الإعانات وتكافؤ الشبكة

تختلف تعريفات التغذية الخاصة بالطاقة الشمسية من بلد إلى آخر ومن بلد إلى آخر. وتشجع مثل هذه التعريفات تطوير مشاريع الطاقة الشمسية. ومن المرجح أن يتطلب تحقيق التكافؤ في الشبكة على نطاق واسع ، وهي النقطة التي تصبح فيها الكهرباء الكهروضوئية مساوية أو أرخص من طاقة الشبكة دون دعم، إحراز تقدم على الجبهات الثلاث. ويأمل أنصار الطاقة الشمسية في تحقيق التكافؤ في الشبكة أولاً في المناطق ذات الشمس الوفيرة وتكاليف الكهرباء المرتفعة مثل كاليفورنيا واليابان . [46] في عام 2007، ادعت شركة بي بي تحقيق التكافؤ في الشبكة في هاواي والجزر الأخرى التي تستخدم وقود الديزل لإنتاج الكهرباء. وحدد جورج دبليو بوش عام 2015 موعدًا لتحقيق التكافؤ في الشبكة في الولايات المتحدة. [ 47] [48] وذكرت جمعية الطاقة الكهروضوئية في عام 2012 أن أستراليا وصلت إلى التكافؤ في الشبكة (متجاهلة تعريفات التغذية). [49]

انخفض سعر الألواح الشمسية بشكل مطرد لمدة 40 عامًا، وتوقف في عام 2004 عندما أدت الإعانات المرتفعة في ألمانيا إلى زيادة الطلب هناك بشكل كبير وزيادة كبيرة في سعر السيليكون النقي (الذي يستخدم في رقائق الكمبيوتر وكذلك الألواح الشمسية). تسبب ركود عام 2008 وبداية التصنيع الصيني في استئناف الأسعار انخفاضها. في السنوات الأربع التي تلت يناير 2008، انخفضت أسعار الوحدات الشمسية في ألمانيا من 3 يورو إلى 1 يورو لكل واط ذروة. خلال نفس الوقت، ارتفعت القدرة الإنتاجية بنمو سنوي تجاوز 50٪. زادت الصين حصتها في السوق من 8٪ في عام 2008 إلى أكثر من 55٪ في الربع الأخير من عام 2010. [50] في ديسمبر 2012، انخفض سعر الألواح الشمسية الصينية إلى 0.60 دولار أمريكي / واط (وحدات بلورية). [51] (يرمز الاختصار Wp إلى سعة ذروة واط، أو الحد الأقصى للسعة في ظل الظروف المثلى. [52] )

وبحلول نهاية عام 2016، أفادت التقارير أن أسعار الألواح الشمسية المجمعة (وليس الخلايا) انخفضت إلى مستوى قياسي منخفض بلغ 0.36 دولار أمريكي/وحدة. وكانت ثاني أكبر شركة موردة، شركة Canadian Solar Inc.، قد أبلغت عن تكاليف بلغت 0.37 دولار أمريكي/وحدة في الربع الثالث من عام 2016، بعد أن انخفضت بمقدار 0.02 دولار عن الربع السابق، وبالتالي ربما كانت لا تزال على الأقل تحقق التعادل. وتوقع العديد من المنتجين أن تنخفض التكاليف إلى ما يقرب من 0.30 دولار بحلول نهاية عام 2017. [53] كما أفادت التقارير أن التركيبات الشمسية الجديدة كانت أرخص من محطات الطاقة الحرارية التي تعمل بالفحم في بعض مناطق العالم، ومن المتوقع أن يكون هذا هو الحال في معظم أنحاء العالم في غضون عقد من الزمان. [54]

نظرية

مخطط تجميع الشحنات بواسطة الخلايا الشمسية. ينتقل الضوء عبر قطب موصل شفاف مكونًا أزواجًا من فجوات الإلكترونات، والتي يتم جمعها بواسطة القطبين. [55]
آلية عمل الخلية الشمسية

تتكون الخلية الشمسية من مواد شبه موصلة ، مثل السيليكون ، يتم تصنيعها في وصلة p-n . يتم تصنيع مثل هذه الوصلات عن طريق إضافة شوائب إلى جانب واحد من الجهاز من النوع p والجانب الآخر من النوع n، على سبيل المثال في حالة السيليكون عن طريق إدخال تركيزات صغيرة من البورون أو الفوسفور على التوالي.

أثناء التشغيل، تصطدم الفوتونات الموجودة في ضوء الشمس بالخلية الشمسية ويتم امتصاصها بواسطة أشباه الموصلات. عندما يتم امتصاص الفوتونات، يتم إثارة الإلكترونات من نطاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل (أو من المدارات الجزيئية المشغولة إلى المدارات غير المشغولة في حالة الخلية الشمسية العضوية )، مما ينتج عنه أزواج إلكترون-ثقب . إذا تم إنشاء أزواج الإلكترون-الثقب بالقرب من الوصلة بين المواد من النوع p والنوع n، فإن المجال الكهربائي المحلي يكتسحها بعيدًا إلى أقطاب كهربائية متقابلة، مما ينتج عنه فائض من الإلكترونات على جانب واحد وفائض من الثقوب على الجانب الآخر. عندما تكون الخلية الشمسية غير متصلة (أو يكون الحمل الكهربائي الخارجي مرتفعًا جدًا)، فإن الإلكترونات والثقوب ستعيد التوازن في النهاية عن طريق الانتشار عبر الوصلة ضد المجال وإعادة الاتحاد مع بعضها البعض مما ينتج عنه حرارة، ولكن إذا كان الحمل صغيرًا بدرجة كافية، فسيكون من الأسهل استعادة التوازن عن طريق الإلكترونات الزائدة التي تدور حول الدائرة الخارجية، مما يؤدي إلى عمل مفيد على طول الطريق.

تقوم مجموعة من الخلايا الشمسية بتحويل الطاقة الشمسية إلى كمية قابلة للاستخدام من الكهرباء ذات التيار المستمر (DC). ويمكن لمحول التيار أن يحول الطاقة إلى تيار متناوب (AC).

تتكون الخلية الشمسية الأكثر شيوعًا من وصلة p-n كبيرة المساحة مصنوعة من السيليكون. ومن بين أنواع الخلايا الشمسية المحتملة الأخرى الخلايا الشمسية العضوية والخلايا الشمسية المصبوغة بالحساسية والخلايا الشمسية البيروفسكايتية والخلايا الشمسية ذات النقاط الكمومية وما إلى ذلك. يحتوي الجانب المضاء للخلية الشمسية بشكل عام على فيلم موصل شفاف للسماح للضوء بالدخول إلى المادة النشطة وجمع حاملات الشحنة الناتجة. وعادةً ما تُستخدم أفلام ذات نفاذية عالية وموصلية كهربائية عالية مثل أكسيد الإنديوم والقصدير أو البوليمرات الموصلة أو شبكات الأسلاك النانوية الموصلة لهذا الغرض. [55]

كفاءة

حد شوكلي -كوايسر للحد الأقصى النظري لكفاءة الخلية الشمسية. تتمتع أشباه الموصلات ذات الفجوة النطاقية بين 1 و1.5 إلكترون فولت (827 نانومتر إلى 1240 نانومتر؛ الأشعة تحت الحمراء القريبة) بأكبر قدرة على تكوين خلية ذات تقاطع واحد فعالة. (يمكن تجاوز "حد" الكفاءة الموضح هنا بواسطة الخلايا الشمسية متعددة التقاطع ).

يمكن تقسيم كفاءة الخلايا الشمسية إلى كفاءة الانعكاس والكفاءة الديناميكية الحرارية وكفاءة فصل حاملات الشحنة والكفاءة التوصيلية. الكفاءة الكلية هي نتاج هذه المقاييس الفردية.

كفاءة تحويل الطاقة للخلية الشمسية هي معلمة يتم تحديدها من خلال نسبة الطاقة الواردة المحولة إلى كهرباء. [56]

تحتوي الخلية الشمسية على منحنى كفاءة يعتمد على الجهد، ومعاملات درجة الحرارة، وزوايا الظل المسموح بها.

بسبب صعوبة قياس هذه المعلمات بشكل مباشر، يتم استبدال معلمات أخرى: الكفاءة الديناميكية الحرارية، والكفاءة الكمية ، والكفاءة الكمية المتكاملة ، ونسبة VOC ، وعامل التعبئة. تشكل خسائر الانعكاس جزءًا من الكفاءة الكمية ضمن " الكفاءة الكمية الخارجية ". تشكل خسائر إعادة التركيب جزءًا آخر من الكفاءة الكمية، ونسبة VOC ، وعامل التعبئة. يتم تصنيف الخسائر المقاومة بشكل أساسي ضمن عامل التعبئة، ولكنها تشكل أيضًا أجزاءً صغيرة من الكفاءة الكمية، ونسبة VOC .

عامل التعبئة هو نسبة الحد الأقصى الفعلي للطاقة التي يمكن الحصول عليها إلى حاصل ضرب جهد الدائرة المفتوحة وتيار الدائرة القصيرة . هذه معلمة رئيسية في تقييم الأداء. في عام 2009، كان للخلايا الشمسية التجارية النموذجية عامل تعبئة> 0.70. كانت خلايا الدرجة B عادةً بين 0.4 و 0.7. [57] تتمتع الخلايا ذات عامل التعبئة العالي بمقاومة متسلسلة مكافئة منخفضة ومقاومة تحويلة مكافئة عالية ، لذلك يتم تبديد قدر أقل من التيار الذي تنتجه الخلية في الخسائر الداخلية.

تقترب أجهزة السليكون البلوري ذات الوصلة p-n الفردية الآن من كفاءة الطاقة النظرية المحدودة البالغة 33.16%، [58] والتي تم تحديدها على أنها حد Shockley-Queisser في عام 1961. وفي الحالات القصوى، مع عدد لا نهائي من الطبقات، يكون الحد المقابل 86% باستخدام ضوء الشمس المركز. [59]

الجدول الزمني للأبحاث المتعلقة بكفاءة تحويل الطاقة في الخلايا الشمسية ( المختبر الوطني للطاقة المتجددة )

في عام 2014، حطمت ثلاث شركات الرقم القياسي البالغ 25.6% لخلية شمسية من السيليكون. وكانت شركة باناسونيك هي الأكثر كفاءة. وقد نقلت الشركة نقاط الاتصال الأمامية إلى الجزء الخلفي من اللوحة، مما أدى إلى القضاء على المناطق المظللة. بالإضافة إلى ذلك، قامت الشركة بتطبيق أغشية سيليكون رقيقة على الجزء الأمامي والخلفي من رقاقة السيليكون عالية الجودة للقضاء على العيوب عند سطح الرقاقة أو بالقرب منه. [60]

في عام 2015، حققت خلية شمسية رباعية الوصلات من GaInP/GaAs//GaInAsP/GaInAs كفاءة قياسية جديدة للمختبر بلغت 46.1% (نسبة تركيز ضوء الشمس = 312) في تعاون فرنسي ألماني بين معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية (Fraunhofer ISE) وCEA-LETI وSOITEC. [61]

في سبتمبر 2015، أعلنت شركة Fraunhofer ISE عن تحقيق كفاءة تزيد عن 20% لخلايا الرقاقة الظهارية . تم تنفيذ العمل على تحسين سلسلة الإنتاج المباشر للترسيب الكيميائي للبخار تحت الضغط الجوي (APCVD) بالتعاون مع شركة NexWafe GmbH، وهي شركة انبثقت عن شركة Fraunhofer ISE لتسويق الإنتاج. [62] [63]

بالنسبة للخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة ثلاثية الوصلات، فإن الرقم القياسي العالمي هو 13.6%، والذي تم تسجيله في يونيو 2015. [64]

في عام 2016، أعلن الباحثون في معهد فراونهوفر للأبحاث العلمية عن خلية شمسية ثلاثية الوصلات من GaInP/GaAs/Si ذات طرفين تصل كفاءتها إلى 30.2% بدون تركيز. [65]

في عام 2017، أبلغ فريق من الباحثين في المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) و EPFL و CSEM ( سويسرا ) عن كفاءة قياسية للشمس الواحدة بنسبة 32.8٪ لأجهزة الخلايا الشمسية ذات الوصلة المزدوجة GaInP / GaAs. بالإضافة إلى ذلك، تم تكديس الجهاز ذو الوصلة المزدوجة ميكانيكيًا بخلية شمسية من السيليكون، لتحقيق كفاءة قياسية للشمس الواحدة بنسبة 35.9٪ للخلايا الشمسية ذات الوصلة الثلاثية. [66]

مواد

حصة السوق العالمية للطاقة الكهروضوئية حسب التكنولوجيا 1980-2021. [67] : 24، 25 

تُسمى الخلايا الشمسية عادةً باسم المادة شبه الموصلة التي تُصنع منها. يجب أن تتمتع هذه المواد بخصائص معينة حتى تتمكن من امتصاص ضوء الشمس . صُممت بعض الخلايا للتعامل مع ضوء الشمس الذي يصل إلى سطح الأرض، في حين تم تحسين البعض الآخر للاستخدام في الفضاء . يمكن تصنيع الخلايا الشمسية من طبقة واحدة من مادة تمتص الضوء ( وصلة واحدة ) أو استخدام تكوينات فيزيائية متعددة ( وصلات متعددة ) للاستفادة من آليات الامتصاص وفصل الشحنات المختلفة.

يمكن تصنيف الخلايا الشمسية إلى خلايا من الجيل الأول والثاني والثالث. تتكون خلايا الجيل الأول - والتي تسمى أيضًا الخلايا التقليدية أو التقليدية أو القائمة على الرقاقة - من السيليكون البلوري ، وهي تقنية الطاقة الكهروضوئية السائدة تجاريًا، والتي تشمل مواد مثل السيليكون المتعدد والسيليكون أحادي البلورة . خلايا الجيل الثاني هي خلايا شمسية ذات طبقة رقيقة ، والتي تشمل خلايا السيليكون غير المتبلور و CdTe و CIGS وهي مهمة تجاريًا في محطات الطاقة الكهروضوئية على نطاق المرافق أو بناء الخلايا الكهروضوئية المتكاملة أو في نظام طاقة صغير مستقل . يتضمن الجيل الثالث من الخلايا الشمسية عددًا من تقنيات الأغشية الرقيقة التي غالبًا ما توصف بأنها الخلايا الكهروضوئية الناشئة - لم يتم تطبيق معظمها تجاريًا بعد ولا تزال في مرحلة البحث أو التطوير. يستخدم الكثير منها مواد عضوية، وغالبًا ما تكون مركبات عضوية معدنية بالإضافة إلى مواد غير عضوية. على الرغم من حقيقة أن كفاءتها كانت منخفضة وأن استقرار مادة الامتصاص كان قصيرًا جدًا في كثير من الأحيان للتطبيقات التجارية، إلا أن هناك أبحاثًا في هذه التقنيات لأنها تعد بتحقيق هدف إنتاج خلايا شمسية منخفضة التكلفة وعالية الكفاءة. [68] اعتبارًا من عام 2016، كانت الخلايا الشمسية الأكثر شيوعًا وكفاءة هي تلك المصنوعة من رقائق رقيقة من السيليكون والتي تعد أيضًا أقدم تكنولوجيا للخلايا الشمسية. [69]

السيليكون البلوري

من الواضح أن المادة السائبة الأكثر انتشارًا للخلايا الشمسية هي السيليكون البلوري (c-Si)، والمعروف أيضًا باسم "سيليكون الدرجة الشمسية". [70] يتم فصل السيليكون السائب إلى فئات متعددة وفقًا للتبلور وحجم البلورة في السبيكة أو الشريط أو الرقاقة الناتجة . تعتمد هذه الخلايا بالكامل على مفهوم الوصلة p-n . تصنع الخلايا الشمسية المصنوعة من c-Si من رقائق يتراوح سمكها بين 160 و240 ميكرومترًا.

السيليكون أحادي البلورة

تم تجهيز السقف والغطاء والأجزاء الكبيرة من الغلاف الخارجي لسيارة سيون بخلايا سيليكون أحادية البلورة عالية الكفاءة

تتميز الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون أحادي البلورة (mono-Si) بتركيبة بلورية واحدة تمكن الإلكترونات من التحرك بحرية أكبر من التكوين متعدد البلورات. وبالتالي، توفر الألواح الشمسية أحادية البلورة كفاءة أعلى من نظيراتها متعددة البلورات. [71] تبدو زوايا الخلايا مقصوصة، مثل المثمن، لأن مادة الرقاقة مقطوعة من سبائك أسطوانية، والتي تنمو عادةً بواسطة عملية Czochralski . تعرض الألواح الشمسية التي تستخدم خلايا أحادية السليكون نمطًا مميزًا من الماس الأبيض الصغير.

تطور السليكون الطبقي

يمكن زراعة رقائق متراكبة من السليكون البلوري على رقاقة "بذرة" من السليكون أحادي البلورة عن طريق الترسيب الكيميائي للبخار (CVD)، ثم فصلها كرقائق ذاتية الدعم بسمك قياسي (على سبيل المثال، 250 ميكرومتر) يمكن معالجتها يدويًا، واستبدالها مباشرة بخلايا الرقائق المقطوعة من سبائك السليكون أحادي البلورة. يمكن أن تتمتع الخلايا الشمسية المصنوعة بهذه التقنية " بدون شقوق " بكفاءة تقترب من كفاءة الخلايا المقطوعة بالرقائق، ولكن بتكلفة أقل بشكل ملحوظ إذا كان من الممكن إجراء الترسيب الكيميائي للبخار عند الضغط الجوي في عملية خطية عالية الإنتاجية. [62] [63] يمكن نقش سطح الرقائق المتراكبة لتعزيز امتصاص الضوء. [72] [73]

في يونيو 2015، تم الإبلاغ عن أن الخلايا الشمسية غير المتجانسة المزروعة على رقائق السيليكون أحادية البلورة من النوع n قد وصلت إلى كفاءة 22.5٪ على مساحة خلية إجمالية تبلغ 243.4 سم . [74]

السيليكون متعدد البلورات

تُصنع خلايا السيليكون متعدد البلورات أو السيليكون متعدد البلورات من سبائك مربعة مصبوبة - كتل كبيرة من السيليكون المنصهر المبرد بعناية والمتصلب. تتكون من بلورات صغيرة تعطي المادة تأثير رقائق المعدن النموذجي . خلايا السيليكون متعدد البلورات هي النوع الأكثر شيوعًا المستخدم في الخلايا الكهروضوئية وهي أقل تكلفة، ولكنها أيضًا أقل كفاءة، من تلك المصنوعة من السيليكون أحادي البلورة.

شريط السيليكون

يُعد السيليكون الشريطي نوعًا من السيليكون متعدد البلورات - يتم تشكيله عن طريق سحب أغشية رقيقة مسطحة من السيليكون المنصهر وينتج عنه بنية متعددة البلورات. تعد هذه الخلايا أرخص في التصنيع من السيليكون المتعدد، وذلك بسبب الانخفاض الكبير في نفايات السيليكون، حيث لا يتطلب هذا النهج النشر من السبائك . [75] ومع ذلك، فهي أيضًا أقل كفاءة.

أحادي السيليكون متعدد الأشكال (MLM)

تم تطوير هذا الشكل في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين وتم طرحه تجاريًا حوالي عام 2009. يستخدم هذا التصميم، الذي يُطلق عليه أيضًا اسم cast-mono، غرف صب متعددة البلورات مع "بذور" صغيرة من مادة أحادية. والنتيجة هي مادة أحادية البلورة ضخمة متعددة البلورات حول الجوانب الخارجية. عند تقطيعها للمعالجة، تكون الأقسام الداخلية عبارة عن خلايا أحادية البلورة عالية الكفاءة (ولكنها مربعة بدلاً من "مقطوعة")، بينما تُباع الحواف الخارجية على أنها بولي تقليدي. تؤدي طريقة الإنتاج هذه إلى خلايا أحادية البلورة بأسعار تشبه البولي. [76]

فيلم رقيق

تقلل تقنيات الأغشية الرقيقة من كمية المادة النشطة في الخلية. تضع معظم التصميمات المادة النشطة بين لوحين من الزجاج. نظرًا لأن الألواح الشمسية المصنوعة من السيليكون تستخدم لوحًا واحدًا فقط من الزجاج، فإن الألواح ذات الأغشية الرقيقة تكون أثقل بنحو ضعف الألواح المصنوعة من السيليكون البلوري، على الرغم من أن تأثيرها البيئي أصغر (يتم تحديده من خلال تحليل دورة الحياة ). [77] [78]

تيلوريد الكادميوم

يعتبر تيلوريد الكادميوم المادة الرقيقة الوحيدة حتى الآن التي تنافس السليكون البلوري من حيث التكلفة/الواط. ومع ذلك، فإن الكادميوم شديد السمية وإمدادات التيلوريوم ( الأنيون : "تيليوريد") محدودة. سيكون الكادميوم الموجود في الخلايا سامًا إذا تم إطلاقه. ومع ذلك، فإن الإطلاق مستحيل أثناء التشغيل العادي للخلايا ومن غير المرجح أثناء الحرائق في أسطح المنازل. [79] يحتوي المتر المربع من CdTe على نفس كمية الكادميوم تقريبًا مثل بطارية نيكل كادميوم خلية واحدة ، في شكل أكثر استقرارًا وأقل قابلية للذوبان. [79]

سيلينيد النحاس والإنديوم والغاليوم

سيلينيد النحاس والإنديوم والغاليوم (CIGS) هو مادة ذات فجوة نطاقية مباشرة . تتمتع بأعلى كفاءة (~20٪) بين جميع مواد الأغشية الرقيقة ذات الأهمية التجارية (انظر خلية CIGS الشمسية ). تتضمن طرق التصنيع التقليدية عمليات الفراغ بما في ذلك التبخر المشترك والرش. تحاول التطورات الأخيرة في IBM و Nanosolar خفض التكلفة باستخدام عمليات الحل غير الفراغية. [80]

غشاء رقيق من السيليكون

يتم ترسيب خلايا الأغشية الرقيقة من السيليكون بشكل أساسي عن طريق الترسيب الكيميائي للبخار (عادةً ما يكون معززًا بالبلازما، PE-CVD) من غاز السيلان وغاز الهيدروجين . اعتمادًا على معلمات الترسيب، يمكن أن ينتج عن ذلك سيليكون غير متبلور (a-Si أو a-Si:H) أو سيليكون بروتوكريستالي أو سيليكون نانوي (nc-Si أو nc-Si:H)، ويُطلق عليه أيضًا السيليكون الميكروبلوري. [81]

السليكون غير المتبلور هو أكثر تكنولوجيا الأغشية الرقيقة تطوراً حتى الآن. تتكون الخلية الشمسية المصنوعة من السليكون غير المتبلور من السليكون غير المتبلور أو السليكون المجهري. يتمتع السليكون غير المتبلور بفجوة نطاق أعلى (1.7 إلكترون فولت) من السليكون البلوري (c-Si) (1.1 إلكترون فولت)، مما يعني أنه يمتص الجزء المرئي من الطيف الشمسي بقوة أكبر من جزء الأشعة تحت الحمراء ذي الكثافة الأعلى للطاقة من الطيف. يستخدم إنتاج الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة المصنوعة من السليكون غير المتبلور الزجاج كركيزة وترسب طبقة رقيقة للغاية من السليكون عن طريق الترسيب الكيميائي للبخار المعزز بالبلازما (PECVD).

يُعد السليكون الأولي البلوري الذي يحتوي على نسبة منخفضة من حجم السليكون النانوي البلوري مثاليًا لجهد الدائرة المفتوحة العالي. [82] يتمتع Nc-Si بنفس فجوة النطاق تقريبًا مثل c-Si و nc-Si ويمكن دمج a-Si بشكل مفيد في طبقات رقيقة، مما يخلق خلية متعددة الطبقات تسمى الخلية الترادفية. تمتص الخلية العلوية في a-Si الضوء المرئي وتترك جزء الأشعة تحت الحمراء من الطيف للخلية السفلية في nc-Si.

طبقة رقيقة من زرنيخيد الغاليوم

تُستخدم مادة شبه الموصل زرنيخيد الغاليوم (GaAs) أيضًا في الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة أحادية البلورة. على الرغم من أن خلايا GaAs باهظة الثمن [ بحاجة لمصدر ] ، إلا أنها تحمل الرقم القياسي العالمي في الكفاءة لخلية شمسية أحادية الوصلة بنسبة 28.8٪. [83] يتم تصنيعها عادةً على رقاقة سيليكون بلورية [84] بعامل تعبئة 41٪ ، ويمكن زيادتها عن طريق الانتقال إلى عامل تعبئة السيليكون المسامي إلى 56٪ بتكلفة منخفضة محتملة. يعد استخدام مادة GaAs الأقل نشاطًا عن طريق تصنيع الأسلاك النانوية مسارًا محتملًا آخر لخفض التكلفة. [85] يتم استخدام GaAs بشكل أكثر شيوعًا في الخلايا الكهروضوئية متعددة الوصلات للخلايا الكهروضوئية المركزة (CPV، HCPV) والألواح الشمسية على المركبات الفضائية ، حيث تفضل الصناعة الكفاءة على التكلفة للطاقة الشمسية المستندة إلى الفضاء . بناءً على الأدبيات السابقة وبعض التحليل النظري، هناك عدة أسباب تجعل GaAs يتمتع بكفاءة تحويل طاقة عالية. أولاً، تبلغ فجوة نطاق GaAs 1.43ev وهو ما يعتبر مثالياً تقريباً للخلايا الشمسية. ثانياً، نظراً لأن الجاليوم هو منتج ثانوي لصهر المعادن الأخرى، فإن خلايا GaAs غير حساسة نسبياً للحرارة ويمكنها الحفاظ على كفاءتها العالية عندما تكون درجة الحرارة مرتفعة للغاية. ثالثاً، تتمتع GaAs بمجموعة واسعة من خيارات التصميم. باستخدام GaAs كطبقة نشطة في الخلايا الشمسية، يمكن للمهندسين اختيار طبقات متعددة يمكنها توليد الإلكترونات والثقوب بشكل أفضل في GaAs.

خلايا متعددة الوصلات

مجموعة الألواح الشمسية ثلاثية الوصلات من الزرنيخيد الغاليوم بقدرة 10  كيلو وات من شركة Dawn عند الامتداد الكامل

تتكون الخلايا متعددة الوصلات من عدة أغشية رقيقة، كل منها عبارة عن خلية شمسية نمت فوق أخرى، وعادة ما تستخدم التكاثر الطبقي للبخار المعدني العضوي . تحتوي كل طبقة على طاقة فجوة نطاق مختلفة للسماح لها بامتصاص الإشعاع الكهرومغناطيسي على جزء مختلف من الطيف. تم تطوير الخلايا متعددة الوصلات في الأصل لتطبيقات خاصة مثل الأقمار الصناعية واستكشاف الفضاء ، ولكنها تستخدم الآن بشكل متزايد في الخلايا الكهروضوئية المركزة الأرضية (CPV)، وهي تقنية ناشئة تستخدم العدسات والمرايا المنحنية لتركيز ضوء الشمس على خلايا شمسية متعددة الوصلات صغيرة وعالية الكفاءة. من خلال تركيز ضوء الشمس حتى ألف مرة، تتمتع الخلايا الكهروضوئية عالية التركيز (HCPV) بإمكانية التفوق على الطاقة الشمسية الكهروضوئية التقليدية في المستقبل. [86] : 21، 26 

إن الخلايا الشمسية المترادفة التي تعتمد على وصلات p-n من فوسفيد الغاليوم والإنديوم (GaInP) وزرنيخيد الغاليوم (GaAs) والجرمانيوم (Ge) المتراصة والمتصلة على التوالي، تزيد من مبيعاتها، على الرغم من ضغوط التكلفة. [87] ففي الفترة ما بين ديسمبر 2006 وديسمبر 2007، ارتفعت تكلفة معدن الغاليوم 4N من حوالي 350 دولارًا للكيلوغرام إلى 680 دولارًا للكيلوغرام. بالإضافة إلى ذلك، ارتفعت أسعار معدن الجرمانيوم بشكل كبير إلى 1000-1200 دولار للكيلوغرام هذا العام. وتشمل هذه المواد الغاليوم (4N و6N و7N Ga) والزرنيخ (4N و6N و7N) والجرمانيوم، وبوتاغي نترات البورون البيروليتية (pBN) لنمو البلورات، وأكسيد البورون، وهذه المنتجات ضرورية لصناعة تصنيع الركيزة بأكملها. [ بحاجة لمصدر ]

على سبيل المثال، قد تتكون الخلية ذات الوصلات الثلاثية من أشباه الموصلات: GaAs و Ge و GaInP
2[88] تم استخدام خلايا GaAs الشمسية ثلاثية الوصلات كمصدر للطاقة للفائزين الهولنديين أربع مرات في تحدي الطاقة الشمسية العالمي Nuna في أعوام 2003 و2005 و2007 والسيارات الشمسية الهولندية Solutra (2005) و Twente One (2007) و21Revolution (2009). [ بحاجة لمصدر ] تعد الأجهزة متعددة الوصلات القائمة على GaAs هي الخلايا الشمسية الأكثر كفاءة حتى الآن. في 15 أكتوبر 2012، وصلت الخلايا المتحولة ثلاثية الوصلات إلى أعلى مستوى لها على الإطلاق بنسبة 44٪. [89] في عام 2022، أظهر باحثون في معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية ISE في فرايبورغ بألمانيا كفاءة قياسية للخلايا الشمسية بنسبة 47.6٪ تحت تركيز ضوء الشمس 665 ضعفًا بخلية شمسية مركزة رباعية الوصلات. [90] [91]

خلايا شمسية ثنائية الوصلات من GaInP/Si

في عام 2016، تم وصف نهج جديد لإنتاج رقائق كهروضوئية هجينة تجمع بين الكفاءة العالية للخلايا الشمسية متعددة الوصلات III-V مع الاقتصادات والثروة من الخبرة المرتبطة بالسيليكون. يتم تجنب التعقيدات الفنية التي تنطوي عليها زراعة مادة III-V على السيليكون في درجات الحرارة العالية المطلوبة، وهو موضوع دراسة لمدة 30 عامًا تقريبًا، من خلال النمو الطبقي للسيليكون على GaAs في درجة حرارة منخفضة عن طريق الترسيب الكيميائي للبخار المعزز بالبلازما (PECVD). [92]

تمت دراسة الخلايا الشمسية أحادية الوصلة المصنوعة من السيليكون على نطاق واسع لعقود من الزمن ووصلت إلى كفاءتها العملية التي تبلغ حوالي 26٪ في ظل ظروف الشمس الواحدة. [93] قد يتطلب زيادة هذه الكفاءة إضافة المزيد من الخلايا ذات فجوة نطاق طاقة أكبر من 1.1 إلكترون فولت إلى خلية السيليكون، مما يسمح بتحويل الفوتونات ذات الطول الموجي القصير لتوليد جهد إضافي. يمكن للخلية الشمسية ثنائية الوصلة ذات فجوة نطاق 1.6-1.8 إلكترون فولت كخلية علوية أن تقلل من فقدان التحلل الحراري، وتنتج كفاءة إشعاعية خارجية عالية وتحقق كفاءات نظرية تزيد عن 45٪. [94] يمكن تصنيع خلية مترادفة عن طريق زراعة خلايا GaInP وSi. يمكن أن يتغلب نموهما بشكل منفصل على عدم تطابق ثابت الشبكة بنسبة 4٪ بين السيليكون وطبقات III-V الأكثر شيوعًا والتي تمنع التكامل المباشر في خلية واحدة. لذلك يتم فصل الخليتين بواسطة شريحة زجاجية شفافة حتى لا يتسبب عدم تطابق الشبكة في إجهاد النظام. هذا يخلق خلية بأربعة جهات اتصال كهربائية وتقاطعين أظهرت كفاءة بنسبة 18.1٪. مع عامل تعبئة (FF) يبلغ 76.2٪، تصل خلية السيليكون السفلية إلى كفاءة 11.7٪ (± 0.4) في الجهاز الترادف، مما ينتج عنه كفاءة تراكمية للخلية الترادفية تبلغ 29.8٪. [95] تتجاوز هذه الكفاءة الحد النظري البالغ 29.4٪ [96] وقيمة الكفاءة التجريبية القياسية لخلية شمسية Si 1-sun، وهي أيضًا أعلى من جهاز GaAs ذي الكفاءة القياسية 1-sun. ومع ذلك، فإن استخدام ركيزة GaAs مكلف وغير عملي. وبالتالي يحاول الباحثون صنع خلية بنقطتي اتصال كهربائيتين ووصلة واحدة، والتي لا تحتاج إلى ركيزة GaAs. وهذا يعني أنه سيكون هناك تكامل مباشر بين GaInP وSi.

البحث في الخلايا الشمسية

خلايا بيروفسكايت الشمسية

الخلايا الشمسية البيروفسكايتية هي خلايا شمسية تتضمن مادة ذات بنية البيروفسكايت كطبقة نشطة. والأكثر شيوعًا، أنها عبارة عن مادة هجينة عضوية وغير عضوية تعتمد على القصدير أو هاليد الرصاص. زادت الكفاءة من أقل من 5٪ عند استخدامها لأول مرة في عام 2009 إلى 25.5٪ في عام 2020، مما يجعلها تقنية سريعة التقدم وموضوعًا ساخنًا في مجال الخلايا الشمسية. [97] أفاد باحثون في جامعة روتشستر في عام 2023 أنه يمكن تحقيق تحسينات كبيرة أخرى في كفاءة الخلايا من خلال الاستفادة من تأثير بورسيل . [98]

ومن المتوقع أيضًا أن تكون خلايا البيروفسكايت الشمسية رخيصة للغاية للتوسع، مما يجعلها خيارًا جذابًا للغاية للتسويق. حتى الآن لم تصل معظم أنواع خلايا البيروفسكايت الشمسية إلى الاستقرار التشغيلي الكافي للتسويق، على الرغم من أن العديد من مجموعات البحث تبحث في طرق لحل هذه المشكلة. [99] وقد ثبت أن الاستدامة البيئية والطاقة لخلايا البيروفسكايت الشمسية والبيروفسكايت الترادفية تعتمد على الهياكل. [100] [101] [102] يمكن أن تعمل جهات الاتصال الأمامية الفوتونية لإدارة الضوء على تحسين أداء خلايا البيروفسكايت، من خلال امتصاص النطاق العريض المحسن، مع السماح باستقرار تشغيلي أفضل بسبب الحماية من الإشعاع الضار عالي الطاقة (فوق المرئي). [103] إن إدراج عنصر الرصاص السام في خلايا البيروفسكايت الشمسية الأكثر كفاءة يمثل مشكلة محتملة للتسويق. [104]

الخلايا الشمسية ثنائية الوجه

محطة الخلايا الشمسية ثنائية الوجه في نوتو (السنغال)، 1988 - الأرضية مطلية باللون الأبيض لتعزيز الانعكاس.

بفضل الجانب الخلفي الشفاف، يمكن للخلايا الشمسية ثنائية الوجه امتصاص الضوء من الجانبين الأمامي والخلفي. وبالتالي، يمكنها إنتاج المزيد من الكهرباء مقارنة بالخلايا الشمسية أحادية الوجه التقليدية. تم تقديم أول براءة اختراع للخلايا الشمسية ثنائية الوجه من قبل الباحث الياباني هيروشي موري، في عام 1966. [105] وفي وقت لاحق، قيل إن روسيا كانت أول من نشر الخلايا الشمسية ثنائية الوجه في برنامجها الفضائي في السبعينيات. [ بحاجة لمصدر ] في عام 1976، بدأ معهد الطاقة الشمسية التابع للجامعة التقنية بمدريد برنامجًا بحثيًا لتطوير الخلايا الشمسية ثنائية الوجه بقيادة البروفيسور أنطونيو لوك . بناءً على براءات الاختراع الأمريكية والإسبانية لعام 1977 التي قدمها لوك، تم اقتراح خلية عملية ثنائية الوجه بوجه أمامي كأنود ووجه خلفي كاثود؛ في المقترحات والمحاولات التي تم الإبلاغ عنها سابقًا كان كلا الوجهين أنوديين وكان الترابط بين الخلايا معقدًا ومكلفًا. [106] [107] [108] في عام 1980، أظهر أندريس كويفاس، طالب الدكتوراه في فريق لوك، تجريبيًا زيادة بنسبة 50٪ في طاقة خرج الخلايا الشمسية ثنائية الوجه، مقارنةً بالخلايا أحادية الوجه المائلة والموجهة بشكل متطابق، عند توفير خلفية بيضاء. [109] في عام 1981، تأسست شركة Isofoton في مالقة لإنتاج الخلايا ثنائية الوجه المتطورة، وبالتالي أصبحت أول تصنيع لتكنولوجيا الخلايا الكهروضوئية هذه. مع قدرة إنتاج أولية تبلغ 300 كيلو وات / سنة من الخلايا الشمسية ثنائية الوجه، كانت المعالم المبكرة لإنتاج Isofoton هي محطة الطاقة 20 كيلو وات في سان أغوستين دي جواداليكس ، التي تم بناؤها في عام 1986 لشركة إيبردرولا ، وتثبيت خارج الشبكة بحلول عام 1988 أيضًا بقدرة 20 كيلو وات في قرية نوتو جوي دياما ( السنغال ) بتمويل من برامج المساعدات والتعاون الدولية الإسبانية .

وبسبب انخفاض تكلفة التصنيع، بدأت الشركات مرة أخرى في إنتاج وحدات ثنائية الوجه التجارية منذ عام 2010. وبحلول عام 2017، كان هناك ما لا يقل عن ثمانية مصنعين معتمدين للطاقة الكهروضوئية يقدمون وحدات ثنائية الوجه في أمريكا الشمالية. وتوقعت خريطة الطريق التكنولوجية الدولية للطاقة الكهروضوئية (ITRPV) أن حصة السوق العالمية لتكنولوجيا ثنائية الوجه ستتوسع من أقل من 5٪ في عام 2016 إلى 30٪ في عام 2027. [110]

نظرًا للاهتمام الكبير بتكنولوجيا الألواح الشمسية ثنائية الوجه، فقد بحثت دراسة حديثة في أداء وتحسين الألواح الشمسية ثنائية الوجه في جميع أنحاء العالم. [111] [112] تشير النتائج إلى أنه في جميع أنحاء العالم، لا يمكن للألواح الشمسية ثنائية الوجه المثبتة على الأرض أن تقدم سوى زيادة بنسبة 10% تقريبًا في العائدات السنوية للكهرباء مقارنة بنظيراتها أحادية الوجه لمعامل انعكاس الأرض بنسبة 25% (نموذجي للأغطية الأرضية الخرسانية والنباتية). ومع ذلك، يمكن زيادة المكسب إلى حوالي 30% عن طريق رفع الوحدة 1 متر فوق سطح الأرض وتعزيز معامل انعكاس الأرض إلى 50%. كما استنتج صن وآخرون مجموعة من المعادلات التجريبية التي يمكنها تحسين الألواح الشمسية ثنائية الوجه تحليليًا. [111] بالإضافة إلى ذلك، هناك أدلة على أن الألواح ثنائية الوجه تعمل بشكل أفضل من الألواح التقليدية في البيئات الثلجية حيث أن الألواح ثنائية الوجه على أجهزة التتبع ثنائية المحور تنتج 14% كهرباء أكثر في عام واحد من نظيراتها أحادية الوجه و40% خلال أشهر الشتاء الذروة. [113]

تتوفر أداة محاكاة عبر الإنترنت لنمذجة أداء الوحدات ثنائية الوجه في أي مكان عشوائي في جميع أنحاء العالم. ويمكنها أيضًا تحسين الوحدات ثنائية الوجه كدالة لزاوية الميل وزاوية السمت والارتفاع عن الأرض. [114]

الفرقة المتوسطة

توفر الخلايا الكهروضوئية ذات النطاق المتوسط ​​في أبحاث الخلايا الشمسية طرقًا لتجاوز حد شوكلي-كوايسر لكفاءة الخلية. فهي تقدم مستوى طاقة النطاق المتوسط ​​(IB) بين نطاقي التكافؤ والتوصيل. من الناحية النظرية، يسمح إدخال IB لفوتونين بطاقة أقل من فجوة النطاق بإثارة إلكترون من نطاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل . وهذا يزيد من التيار الضوئي المستحث وبالتالي الكفاءة. [115]

قام لوك ومارتي أولاً باستنتاج حد نظري لجهاز IB بمستوى طاقة فجوة متوسطة واحد باستخدام التوازن التفصيلي . لقد افترضوا عدم وجود ناقلات تم جمعها في IB وأن الجهاز كان تحت التركيز الكامل. لقد وجدوا أن الحد الأقصى للكفاءة هو 63.2٪، لفجوة نطاق 1.95 إلكترون فولت مع IB 0.71 إلكترون فولت من نطاق التكافؤ أو التوصيل. تحت إضاءة الشمس الواحدة، تكون الكفاءة الحدية 47٪. [116] هناك العديد من الوسائل قيد الدراسة لتحقيق أشباه الموصلات IB بمثل هذا التكوين الأمثل للفجوة النطاقية الثلاثية، وبالتحديد من خلال هندسة المواد (التضمين المتحكم فيه للشوائب العميقة المستوى أو السبائك غير المتطابقة بدرجة كبيرة) والبنية النانوية (النقاط الكمومية في البلورات غير المتجانسة المضيفة). [117]

الأحبار السائلة

في عام 2014، اكتشف الباحثون في معهد كاليفورنيا للأنظمة النانوية أن استخدام الكيستريت والبيروفسكايت يحسن كفاءة تحويل الطاقة الكهربائية للخلايا الشمسية. [118]

في ديسمبر 2022، أفادت التقارير أن باحثي معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا قد طوروا خلايا شمسية من القماش الخفيف للغاية. توفر هذه الخلايا وزنًا يبلغ مائة من الألواح التقليدية مع توليد طاقة أكبر بمقدار 18 مرة لكل كيلوغرام. يمكن تغليف هذه الخلايا، التي تكون أرق من شعرة الإنسان، على أسطح مختلفة، مثل أشرعة القوارب أو الخيام أو القماش المشمع أو أجنحة الطائرات بدون طيار، لتوسيع وظائفها. باستخدام مواد تعتمد على الحبر وتقنيات قابلة للتطوير، يقوم الباحثون بطلاء بنية الخلية الشمسية بأحبار إلكترونية قابلة للطباعة، وإكمال الوحدة بأقطاب كهربائية مطبوعة على الشاشة . تم اختبار الخلايا على قماش عالي القوة، وتنتج 370 واط لكل كيلوغرام، مما يمثل تحسنًا على الخلايا الشمسية التقليدية. [119]

التحويل التصاعدي والتحويل التنازلي

تحويل الفوتون لأعلى هو عملية استخدام فوتونين منخفضي الطاقة ( مثل الأشعة تحت الحمراء) لإنتاج فوتون واحد عالي الطاقة؛ التحويل التنازلي هو عملية استخدام فوتون واحد عالي الطاقة ( مثل الأشعة فوق البنفسجية) لإنتاج فوتونين منخفضي الطاقة. يمكن استخدام أي من هاتين التقنيتين لإنتاج خلايا شمسية ذات كفاءة أعلى من خلال السماح باستخدام الفوتونات الشمسية بكفاءة أكبر. ومع ذلك، تكمن الصعوبة في أن كفاءة تحويل الفوسفورات الموجودة التي تظهر تحويلًا لأعلى أو لأسفل منخفضة، وعادة ما تكون ذات نطاق ضيق.

إحدى تقنيات التحويل العلوي هي دمج المواد المخدرة باللانثانيد ( Er3+
، ي ب3+
, هو3+
أو مزيج من الاثنين، والاستفادة من لمعانها لتحويل الأشعة تحت الحمراء إلى ضوء مرئي. تحدث عملية التحويل التصاعدي عندما يمتص أيونات الأرض النادرة فوتونين تحت الحمراء لتوليد فوتون قابل للامتصاص (عالي الطاقة). على سبيل المثال، تتكون عملية التحويل التصاعدي لنقل الطاقة (ETU) من عمليات نقل متتالية بين الأيونات المثارة في الأشعة تحت الحمراء القريبة. يمكن وضع مادة المحول التصاعدي أسفل الخلية الشمسية لامتصاص ضوء الأشعة تحت الحمراء الذي يمر عبر السيليكون. توجد الأيونات المفيدة بشكل شائع في الحالة الثلاثية التكافؤ . +
لقد كانت الأيونات هي الأكثر استخدامًا.3+
تمتص الأيونات الإشعاع الشمسي لمسافة تصل إلى حوالي 1.54 ميكرومتر .3+
يمكن للأيونات التي امتصت هذا الإشعاع أن تتفاعل مع بعضها البعض من خلال عملية التحويل التصاعدي. يصدر الأيون المثار ضوءًا فوق فجوة نطاق السيليكون الذي تمتصه الخلية الشمسية ويخلق زوجًا إضافيًا من الإلكترونات والفجوات يمكنه توليد التيار. ومع ذلك، كانت الكفاءة المتزايدة صغيرة. بالإضافة إلى ذلك، تتمتع زجاج الفلوروإيندات بطاقة فونون منخفضة وقد تم اقتراحها كمصفوفة مناسبة مشوبة بالهيليوم.3+
الأيونات. [120]

صبغات تمتص الضوء

تُصنع الخلايا الشمسية المصبوغة بالحساسية (DSSCs) من مواد منخفضة التكلفة ولا تحتاج إلى معدات تصنيع معقدة، لذا يمكن تصنيعها بطريقة بسيطة . يجب أن تكون تكلفة تصنيعها بكميات كبيرة أقل بكثير من تصميمات الخلايا الصلبة القديمة . يمكن تصميم الخلايا الشمسية المصبوغة بالحساسية في صفائح مرنة، وعلى الرغم من أن كفاءة تحويلها أقل من أفضل خلايا الأغشية الرقيقة ، إلا أن نسبة السعر إلى الأداء قد تكون عالية بما يكفي للسماح لها بالتنافس مع توليد الكهرباء من الوقود الأحفوري .

عادةً ما يتم استخدام صبغة عضوية معدنية من الروثينيوم (Ru-centered) كطبقة أحادية من مادة ماصة للضوء، والتي يتم امتصاصها على طبقة رقيقة من ثاني أكسيد التيتانيوم . تعتمد الخلية الشمسية المصبوغة على هذه الطبقة المسامية من ثاني أكسيد التيتانيوم النانوي (TiO 2 ) لتضخيم مساحة السطح بشكل كبير (200-300 متر مربع / جرام من ثاني أكسيد التيتانيوم)
2، مقارنة بحوالي 10 م 2 / جرام من البلورة المفردة المسطحة) مما يسمح بعدد أكبر من الصبغات لكل مساحة خلية شمسية (مما يزيد من التيار من حيث المصطلح). تنتقل الإلكترونات المولدة ضوئيًا من الصبغة الممتصة للضوء إلى أكسيد التيتانيوم من النوع n
2ويتم امتصاص الثقوب بواسطة إلكتروليت على الجانب الآخر من الصبغة. تكتمل الدائرة بواسطة زوج أكسدة في الإلكتروليت، والذي يمكن أن يكون سائلاً أو صلبًا. يسمح هذا النوع من الخلايا باستخدام أكثر مرونة للمواد ويتم تصنيعه عادةً عن طريق الطباعة على الشاشة أو فوهات الموجات فوق الصوتية ، مع إمكانية انخفاض تكاليف المعالجة عن تلك المستخدمة في الخلايا الشمسية السائبة. ومع ذلك، تعاني الأصباغ في هذه الخلايا أيضًا من التدهور تحت الحرارة والأشعة فوق البنفسجية ويصعب إغلاق غلاف الخلية بسبب المذيبات المستخدمة في التجميع. لهذا السبب، طور الباحثون خلايا شمسية حساسة للصبغة في الحالة الصلبة تستخدم إلكتروليتًا صلبًا لتجنب التسرب. [121] حدثت أول شحنة تجارية لوحدات الطاقة الشمسية DSSC في يوليو 2009 من G24i Innovations. [122]

النقاط الكمومية

تعتمد الخلايا الشمسية ذات النقاط الكمومية (QDSCs) على خلية Gratzel، أو بنية الخلية الشمسية المصبوغة بالحساسية ، ولكنها تستخدم جسيمات نانوية شبه موصلة ذات فجوة نطاق منخفضة ، مصنوعة بأحجام بلورية صغيرة بما يكفي لتشكيل نقاط كمومية (مثل CdS و CdSe و Sb)
2س
3، PbS ، إلخ)، بدلاً من الأصباغ العضوية أو العضوية المعدنية كممتصات للضوء. نظرًا للسمية المرتبطة بالمركبات القائمة على الكادميوم والرصاص، هناك أيضًا سلسلة من مواد التحسس QD "الخضراء" قيد التطوير (مثل CuInS 2 و CuInSe 2 وCuInSeS). [123] تسمح كمية حجم QD بضبط فجوة النطاق ببساطة عن طريق تغيير حجم الجسيمات. كما أن لديهم معاملات انقراض عالية وقد أظهروا إمكانية تكوين إكسيتونات متعددة . [124]

في QDSC، تشكل طبقة مسامية من جسيمات ثاني أكسيد التيتانيوم النانوية العمود الفقري للخلية، تمامًا كما هو الحال في DSSC .
2يمكن بعد ذلك جعل الطبقة نشطة ضوئيًا عن طريق الطلاء بنقاط الكم شبه الموصلة باستخدام الترسيب الكيميائي أو الترسيب الكهربائي أو امتصاص الطبقة الأيونية المتتالية والتفاعل. ثم تكتمل الدائرة الكهربائية من خلال استخدام زوج الأكسدة والاختزال السائل أو الصلب . زادت كفاءة خلايا QDSCs [125] إلى أكثر من 5٪ كما هو موضح لكل من الخلايا السائلة [126] والخلايا الصلبة، [127] مع كفاءة ذروة تم الإبلاغ عنها تبلغ 11.91٪. [128] في محاولة لتقليل تكاليف الإنتاج، أظهرت مجموعة أبحاث براشانت كامات [129] طلاءً شمسيًا مصنوعًا من ثاني أكسيد التيتانيوم
2وCdSe التي يمكن تطبيقها باستخدام طريقة الخطوة الواحدة على أي سطح موصل بكفاءة تزيد عن 1%. [130] ومع ذلك، فإن امتصاص النقاط الكمومية (QDs) في QDSCs ضعيف في درجة حرارة الغرفة. [131] يمكن الاستفادة من الجسيمات النانوية البلازمونية لمعالجة الامتصاص الضعيف للنقاط الكمومية (على سبيل المثال، النجوم النانوية). [132] إضافة مصدر ضخ الأشعة تحت الحمراء الخارجي لإثارة الانتقال داخل النطاق وبين النطاقات للنقاط الكمومية هو حل آخر. [131]

الخلايا الشمسية العضوية/البوليمرية

تتكون الخلايا الشمسية العضوية والخلايا الشمسية البوليمرية من أغشية رقيقة (عادة 100 نانومتر) من أشباه الموصلات العضوية بما في ذلك البوليمرات، مثل البولي فينيلين فينيلين والمركبات الجزيئية الصغيرة مثل فثالوسيانين النحاس (صبغة عضوية زرقاء أو خضراء) والفوليرينات الكربونية ومشتقات الفوليرين مثل PCBM .

يمكن معالجتها من محلول سائل، مما يوفر إمكانية إجراء عملية طباعة بسيطة من لفة إلى لفة، مما قد يؤدي إلى إنتاج غير مكلف وواسع النطاق. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تكون هذه الخلايا مفيدة لبعض التطبيقات حيث تكون المرونة الميكانيكية والقدرة على التخلص منها مهمة. ومع ذلك، فإن كفاءة الخلايا الحالية منخفضة للغاية، والأجهزة العملية غير موجودة في الأساس.

إن كفاءة تحويل الطاقة التي تم تحقيقها حتى الآن باستخدام البوليمرات الموصلة منخفضة للغاية مقارنة بالمواد غير العضوية. ومع ذلك، وصلت كفاءة Konarka Power Plastic إلى 8.3% [133] ووصلت كفاءة الخلايا الترادفية العضوية في عام 2012 إلى 11.1%. [ بحاجة لمصدر ]

تتكون المنطقة النشطة للجهاز العضوي من مادتين، مادة مانحة للإلكترون ومادة متقبلة للإلكترون. عندما يتم تحويل الفوتون إلى زوج من فجوات الإلكترون، عادةً في المادة المانحة، تميل الشحنات إلى البقاء مرتبطة في شكل إكسيتون ، وتنفصل عندما ينتشر الإكسيتون إلى واجهة المانح والمستقبل، على عكس معظم أنواع الخلايا الشمسية الأخرى. تميل أطوال انتشار الإكسيتون القصيرة لمعظم أنظمة البوليمر إلى الحد من كفاءة مثل هذه الأجهزة. يمكن للواجهات النانوية، أحيانًا في شكل تقاطعات غير متجانسة كبيرة، تحسين الأداء. [134]

في عام 2011، طور باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة ولاية ميشيغان خلايا شمسية بكفاءة طاقة تقترب من 2% مع شفافية للعين البشرية تزيد عن 65%، تم تحقيق ذلك عن طريق امتصاص الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء القريبة من الطيف بشكل انتقائي باستخدام مركبات جزيئية صغيرة. [135] [136] طور باحثون في جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس مؤخرًا خلية شمسية بوليمرية مماثلة، باتباع نفس النهج، وهي شفافة بنسبة 70% ولديها كفاءة تحويل طاقة بنسبة 4%. [137] [138] [139] يمكن إنتاج هذه الخلايا الخفيفة الوزن والمرنة بكميات كبيرة بتكلفة منخفضة ويمكن استخدامها لإنشاء نوافذ توليد الطاقة.

في عام 2013، أعلن الباحثون عن خلايا بوليمرية بكفاءة تصل إلى نحو 3%. وقد استخدموا البوليمرات الكتلية ، وهي مواد عضوية ذاتية التجميع تنظم نفسها في طبقات مميزة. وركز البحث على P3HT-b-PFTBT التي تنفصل إلى أشرطة يبلغ عرضها نحو 16 نانومترًا. [140] [141]

الخلايا التكيفية

تغير الخلايا التكيفية خصائص الامتصاص/الانعكاس الخاصة بها اعتمادًا على الظروف البيئية. تستجيب المادة التكيفية لشدة وزاوية الضوء الساقط. في الجزء من الخلية حيث يكون الضوء أكثر شدة، يتغير سطح الخلية من عاكس إلى متكيف، مما يسمح للضوء باختراق الخلية. تظل الأجزاء الأخرى من الخلية عاكسة مما يزيد من احتباس الضوء الممتص داخل الخلية. [142]

في عام 2014، تم تطوير نظام يجمع بين سطح متكيف وركيزة زجاجية تعيد توجيه الضوء الممتص إلى ممتص للضوء على حواف الورقة. يتضمن النظام أيضًا مجموعة من العدسات/المرايا الثابتة لتركيز الضوء على السطح المتكيف. ومع استمرار النهار، يتحرك الضوء المركّز على طول سطح الخلية. يتحول هذا السطح من عاكس إلى متكيف عندما يكون الضوء في أعلى تركيزه ثم يعود إلى عاكس بعد تحرك الضوء على طوله. [142]

نسيج السطح

طائرات Solar Impulse هي طائرات أحادية المقعد ذات تصميم سويسري تعمل بالطاقة بالكامل من الخلايا الكهروضوئية

على مدى السنوات الماضية، كان الباحثون يحاولون خفض سعر الخلايا الشمسية مع تعظيم الكفاءة. الخلية الشمسية ذات الأغشية الرقيقة هي خلية شمسية من الجيل الثاني فعالة من حيث التكلفة مع سمك أقل بكثير على حساب كفاءة امتصاص الضوء. وقد بُذلت جهود لتعظيم كفاءة امتصاص الضوء مع سمك أقل. يعد النسيج السطحي أحد التقنيات المستخدمة لتقليل الخسائر البصرية لزيادة امتصاص الضوء. حاليًا، تجذب تقنيات النسيج السطحي على الخلايا الكهروضوئية السيليكونية الكثير من الاهتمام. يمكن إجراء النسيج السطحي بطرق متعددة. يمكن أن ينتج عن نقش ركيزة السيليكون البلوري المفرد أهرامات مربعة موزعة عشوائيًا على السطح باستخدام محارف متباينة الخواص. [143] تُظهر الدراسات الحديثة أنه يمكن نقش رقائق السيليكون متعدد البلورات لتشكيل أهرامات مقلوبة على نطاق النانو. الخلايا الشمسية السيليكونية متعددة البلورات، بسبب الجودة البلورية الرديئة، أقل فعالية من الخلايا الشمسية أحادية البلورة، ولكن لا تزال الخلايا الشمسية السيليكون متعدد البلورات مستخدمة على نطاق واسع بسبب صعوبات التصنيع الأقل. يُقال إن الخلايا الشمسية متعددة البلورات يمكن أن تكون ذات نسيج سطحي لإنتاج كفاءة تحويل طاقة شمسية مماثلة لتلك الموجودة في خلايا السيليكون أحادية البلورة، من خلال تقنيات الحفر المتساوي الخواص أو الطباعة الضوئية. [144] [145] لا تنعكس أشعة الضوء الساقطة على سطح محكم إلى الهواء على عكس الأشعة على سطح مستو. بل تنعكس بعض أشعة الضوء مرة أخرى على السطح الآخر بسبب هندسة السطح. تعمل هذه العملية على تحسين كفاءة تحويل الضوء إلى كهرباء بشكل كبير، بسبب زيادة امتصاص الضوء. يعد تأثير النسيج هذا بالإضافة إلى التفاعل مع الواجهات الأخرى في وحدة الطاقة الكهروضوئية مهمة محاكاة بصرية صعبة. تعد صيغة OPTOS طريقة فعالة بشكل خاص للنمذجة والتحسين . [146] في عام 2012، أفاد باحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أن أفلام السيليكون أحادي البلورية ذات النسيج الأهرامات المقلوبة على نطاق النانو يمكن أن تحقق امتصاصًا للضوء يضاهي 30 مرة سمك السيليكون أحادي البلورية المستوي. [147] بالاقتران مع الطلاء المضاد للانعكاس ، يمكن لتقنية نسيج السطح أن تحبس أشعة الضوء بشكل فعال داخل خلية شمسية من السيليكون الرقيق. وبالتالي، تقل السُمك المطلوب للخلايا الشمسية مع زيادة امتصاص أشعة الضوء.

التغليف

تُغلف الخلايا الشمسية عادةً براتينج بوليمري شفاف لحماية مناطق الخلايا الشمسية الحساسة من ملامسة الرطوبة والأوساخ والجليد وغيرها من الظروف المتوقعة إما أثناء التشغيل أو عند استخدامها في الهواء الطلق. تُصنع المواد المغلفة عادةً من أسيتات البولي فينيل أو الزجاج. معظم المواد المغلفة موحدة في البنية والتكوين، مما يزيد من تجميع الضوء بسبب حبس الضوء من الانعكاس الداخلي الكلي للضوء داخل الراتينج. تم إجراء بحث في هيكلة المادة المغلفة لتوفير المزيد من تجميع الضوء. تضمنت هذه المواد المغلفة أسطحًا زجاجية خشنة، [148] وعناصر حيودية، [149] ومصفوفات منشورية، [150] ومناشير هوائية ، [151] وأخاديد على شكل حرف V، [152] وعناصر منتشرة، بالإضافة إلى مصفوفات موجهة متعددة الاتجاهات. [153] تُظهر مصفوفات المنشور زيادة إجمالية بنسبة 5٪ في إجمالي تحويل الطاقة الشمسية. [151] توفر صفائف الموجهات الموجية عريضة النطاق المتراصة رأسياً زيادة بنسبة 10% عند حدوث طبيعي، فضلاً عن تعزيز جمع الزاوية العريضة بنسبة تصل إلى 4%، [154] مع هياكل محسّنة تنتج زيادة تصل إلى 20% في تيار الدائرة القصيرة. [155] أظهرت الطلاءات النشطة التي تحول الضوء تحت الأحمر إلى ضوء مرئي زيادة بنسبة 30%. [156] تزيد الطلاءات النانوية التي تحفز تشتت الضوء البلازموني من كفاءة تحويل الزاوية العريضة بنسبة تصل إلى 3%. كما تم إنشاء هياكل بصرية في مواد التغليف "لإخفاء" جهات الاتصال الأمامية المعدنية بشكل فعال. [157] [158]

الصيانة المستقلة

يجري تطوير آليات جديدة للتنظيف الذاتي للألواح الشمسية. على سبيل المثال، في عام 2019، من خلال الأسلاك النانوية المحفورة كيميائيًا الرطبة وطلاء كاره للماء على قطرات الماء السطحية، يمكن إزالة 98٪ من جزيئات الغبار، وهو ما قد يكون ذا صلة خاصة بالتطبيقات في الصحراء. [159] [160]

في مارس 2022، أعلن باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا عن تطوير نظام تنظيف بدون ماء للألواح الشمسية والمرايا لمعالجة مشكلة تراكم الغبار، والذي يمكن أن يقلل من الناتج الشمسي بنسبة تصل إلى 30 في المائة في شهر واحد. يستخدم هذا النظام التنافر الكهروستاتيكي لفصل جزيئات الغبار عن سطح اللوحة، مما يلغي الحاجة إلى الماء أو الفرش. تتسبب الشحنة الكهربائية المنقولة إلى جزيئات الغبار عن طريق تمرير قطب كهربائي بسيط فوق اللوحة في تنافرها بواسطة شحنة مطبقة على اللوحة نفسها. يمكن أتمتة النظام باستخدام محرك كهربائي أساسي وقضبان توجيه. [161]

تصنيع

آلة حاسبة قديمة تعمل بالطاقة الشمسية

تشترك الخلايا الشمسية في بعض تقنيات المعالجة والتصنيع نفسها التي تستخدمها الأجهزة شبه الموصلة الأخرى. ومع ذلك، فإن المتطلبات الصارمة المتعلقة بالنظافة ومراقبة الجودة في تصنيع أشباه الموصلات تكون أكثر مرونة بالنسبة للخلايا الشمسية، مما يؤدي إلى خفض التكاليف.

تُصنع رقائق السليكون متعدد البلورات عن طريق تقطيع سبائك السليكون المصبوبة إلى رقائق بقطر يتراوح بين 180 و350 ميكرومترًا. وعادةً ما تكون الرقائق مشوبة بشكل خفيف من النوع p . ويتم إجراء انتشار سطحي للشوائب من النوع n على الجانب الأمامي للرقاقة. ويشكل هذا تقاطعًا ap–n على بعد مئات النانومترات تحت السطح.

يتم بعد ذلك تطبيق الطلاءات المضادة للانعكاس عادةً لزيادة كمية الضوء المقترنة بالخلية الشمسية. حل نيتريد السيليكون تدريجيًا محل ثاني أكسيد التيتانيوم باعتباره المادة المفضلة، نظرًا لخصائصه الممتازة في تخميد السطح. فهو يمنع إعادة تركيب الناقل على سطح الخلية. يتم تطبيق طبقة يبلغ سمكها عدة مئات من النانومتر باستخدام الترسيب الكيميائي للبخار المعزز بالبلازما . تحتوي بعض الخلايا الشمسية على أسطح أمامية محكمة، مثل الطلاءات المضادة للانعكاس، تزيد من كمية الضوء التي تصل إلى الرقاقة. تم تطبيق مثل هذه الأسطح أولاً على السيليكون أحادي البلورة، ثم على السيليكون متعدد البلورات بعد ذلك بقليل.

يتم عمل اتصال معدني كامل المساحة على السطح الخلفي، ويتم طباعة اتصال معدني يشبه الشبكة يتكون من "أصابع" دقيقة و"قضبان توصيل" أكبر على السطح الأمامي باستخدام عجينة فضية . هذا تطور لما يسمى بعملية "الرطوبة" لتطبيق الأقطاب الكهربائية، والتي تم وصفها لأول مرة في براءة اختراع أمريكية تم تقديمها في عام 1981 بواسطة شركة باير إيه جي . [162] يتم تشكيل الاتصال الخلفي عن طريق طباعة عجينة معدنية، عادةً من الألومنيوم، على الشاشة. عادةً ما يغطي هذا الاتصال الجزء الخلفي بالكامل، على الرغم من أن بعض التصميمات تستخدم نمطًا شبكيًا. ثم يتم إطلاق العجينة عند عدة مئات من درجات مئوية لتشكيل أقطاب كهربائية معدنية في اتصال أومي مع السيليكون. تستخدم بعض الشركات خطوة طلاء كهربائي إضافية لزيادة الكفاءة. بعد إجراء الاتصالات المعدنية، يتم ربط الخلايا الشمسية ببعضها البعض بواسطة أسلاك مسطحة أو شرائط معدنية، وتجميعها في وحدات أو "ألواح شمسية". تحتوي الألواح الشمسية على ورقة من الزجاج المقسّى في المقدمة، وتغليف بوليمر في الخلف.

تحدد الأنواع المختلفة من التصنيع وإعادة التدوير جزئيًا مدى فعاليتها في تقليل الانبعاثات وإحداث تأثير بيئي إيجابي. [45] يمكن قياس مثل هذه الاختلافات والفعالية [45] لإنتاج أفضل أنواع المنتجات لأغراض مختلفة في مناطق مختلفة عبر الزمن.

الشركات المصنعة والشهادات

إنتاج الخلايا الشمسية حسب المنطقة [163]

يقوم المختبر الوطني للطاقة المتجددة باختبار وإثبات صحة تقنيات الطاقة الشمسية. وتقوم ثلاث مجموعات موثوقة بإصدار شهادات لمعدات الطاقة الشمسية: UL و IEEE (كلاهما من المعايير الأمريكية) و IEC [ بحاجة لمصدر ] .

يسلط التقرير الخاص لوكالة الطاقة الدولية لعام 2022 الضوء على هيمنة الصين على سلسلة توريد الطاقة الشمسية الكهروضوئية، باستثمارات تتجاوز 50 مليار دولار أمريكي وخلق حوالي 300000 فرصة عمل منذ عام 2011. تسيطر الصين على أكثر من 80٪ من جميع مراحل تصنيع الألواح الشمسية. وقد أدى هذا التحكم إلى خفض التكاليف بشكل كبير ولكنه أدى أيضًا إلى قضايا مثل اختلال التوازن بين العرض والطلب وقيود إنتاج البولي سيليكون . ومع ذلك، فقد أدت السياسات الاستراتيجية للصين إلى خفض تكاليف الطاقة الشمسية الكهروضوئية بأكثر من 80٪، مما زاد من القدرة على تحمل التكاليف العالمية. في عام 2021، تجاوزت صادرات الطاقة الشمسية الكهروضوئية الصينية 30 مليار دولار أمريكي. [164]

إن تحقيق أهداف الطاقة والمناخ العالمية يتطلب توسعًا كبيرًا في تصنيع الطاقة الشمسية الكهروضوئية، بهدف أكثر من 630 جيجاوات بحلول عام 2030 وفقًا لـ "خريطة الطريق إلى انبعاثات صفرية صافية بحلول عام 2050" لوكالة الطاقة الدولية. إن هيمنة الصين، التي تسيطر على ما يقرب من 95٪ من مكونات الطاقة الشمسية الكهروضوئية الرئيسية و40٪ من إنتاج البولي سيليكون العالمي في شينجيانغ، تشكل مخاطر نقص العرض وارتفاع التكاليف. قد يتجاوز الطلب على المعادن الحرجة، مثل الفضة، 30٪ من الإنتاج العالمي لعام 2020 بحلول عام 2030. [164]

في عام 2021، بلغت حصة الصين من إنتاج وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية حوالي 70%، وهي زيادة من 50% في عام 2010. ومن بين المنتجين الرئيسيين الآخرين فيتنام (5%) وماليزيا (4%) وكوريا (4%) وتايلاند (2%)، حيث تم تطوير جزء كبير من طاقتها الإنتاجية من قبل شركات صينية تهدف إلى التصدير، ولا سيما إلى الولايات المتحدة. [164]

الصين

اعتبارًا من سبتمبر 2018، تم تصنيع ستين بالمائة من وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية في العالم في الصين. [165] اعتبارًا من مايو 2018، يقع أكبر مصنع للطاقة الكهروضوئية في العالم في صحراء تنجر في الصين. [166] في عام 2018، أضافت الصين المزيد من القدرة المركبة للطاقة الكهروضوئية (بالجيجاوات) مقارنة بالدول التسع التالية مجتمعة. [167] في عام 2021، بلغت حصة الصين من إنتاج وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية حوالي 70٪. [164]

في النصف الأول من عام 2023، تجاوز إنتاج الصين من وحدات الطاقة الكهروضوئية 220 جيجاوات، مما يمثل زيادة تزيد عن 62% مقارنة بنفس الفترة في عام 2022. في عام 2022، حافظت الصين على مكانتها كأكبر منتج لوحدات الطاقة الكهروضوئية في العالم، حيث استحوذت على حصة سوقية مهيمنة بلغت 77.8%. [168]

فيتنام

في عام 2022، أصبحت فيتنام ثاني أكبر منتج لوحدات الطاقة الكهروضوئية، بعد الصين فقط، حيث ارتفعت قدرتها الإنتاجية إلى 24.1 جيجاوات، مما يمثل زيادة كبيرة بنسبة 47٪ عن 16.4 جيجاوات المنتجة في عام 2021. تمثل فيتنام 6.4٪ من إنتاج الطاقة الكهروضوئية في العالم. [168]

ماليزيا

في عام 2022، أصبحت ماليزيا ثالث أكبر منتج لوحدات الطاقة الكهروضوئية، بسعة إنتاجية تبلغ 10.8 جيجاوات، وهو ما يمثل 2.8% من الإنتاج العالمي. وهذا يضعها خلف الصين، التي هيمنت بنسبة 77.8%، وفيتنام، التي ساهمت بنسبة 6.4%. [168]

الولايات المتحدة

تضاعف إنتاج الطاقة الشمسية في الولايات المتحدة من عام 2013 إلى عام 2019. [169] وكان هذا مدفوعًا أولاً بانخفاض سعر السيليكون عالي الجودة، [170] [171] [172] وبعد ذلك ببساطة بسبب الانخفاض العالمي في تكلفة الوحدات الكهروضوئية. [166] [173] في عام 2018، أضافت الولايات المتحدة 10.8 جيجاوات من الطاقة الكهروضوئية الشمسية المركبة، بزيادة قدرها 21٪. [167]

أمريكا اللاتينية  : برزت أمريكا اللاتينية كمنطقة واعدة لتطوير الطاقة الشمسية في السنوات الأخيرة، مع أكثر من 10 جيجاوات من المنشآت في عام 2020. وقد تم دفع سوق الطاقة الشمسية في أمريكا اللاتينية من خلال الموارد الشمسية الوفيرة، وانخفاض التكاليف، والمزادات التنافسية والطلب المتزايد على الكهرباء. بعض الدول الرائدة في مجال الطاقة الشمسية في أمريكا اللاتينية هي البرازيل والمكسيك وتشيلي والأرجنتين. ومع ذلك، تواجه سوق الطاقة الشمسية في أمريكا اللاتينية أيضًا بعض التحديات، مثل عدم الاستقرار السياسي، وفجوات التمويل، واختناقات نقل الطاقة. [ بحاجة لمصدر ]

الشرق الأوسط وأفريقيا  : شهدت منطقة الشرق الأوسط وأفريقيا أيضًا نموًا كبيرًا في نشر الطاقة الشمسية في السنوات الأخيرة، مع أكثر من 8 جيجاوات من المنشآت في عام 2020. وقد تم دفع سوق الطاقة الشمسية في الشرق الأوسط وأفريقيا من خلال توليد الطاقة الشمسية منخفضة التكلفة، وتنويع مصادر الطاقة، ومكافحة تغير المناخ والكهرباء الريفية. ومن بين الدول البارزة في مجال الطاقة الشمسية في الشرق الأوسط وأفريقيا المملكة العربية السعودية والإمارات العربية المتحدة ومصر والمغرب وجنوب إفريقيا. ومع ذلك، تواجه سوق الطاقة الشمسية في الشرق الأوسط وأفريقيا أيضًا العديد من العقبات، بما في ذلك الاضطرابات الاجتماعية وعدم اليقين التنظيمي والحواجز الفنية. [174]

مصادر المواد

مثل العديد من تقنيات توليد الطاقة الأخرى، فإن تصنيع الخلايا الشمسية، وخاصة التوسع السريع فيها، له العديد من الآثار البيئية وسلسلة التوريد. قد تتكيف التعدين العالمي وتتوسع بشكل محتمل للحصول على المعادن اللازمة والتي تختلف حسب نوع الخلايا الشمسية. [175] [176] يمكن أن يكون إعادة تدوير الألواح الشمسية مصدرًا للمواد التي قد تحتاج إلى التعدين بخلاف ذلك. [45]

تصرف

تتدهور الخلايا الشمسية بمرور الوقت وتفقد كفاءتها. تكون الخلايا الشمسية في المناخات المتطرفة، مثل الصحراء أو القطب الشمالي، أكثر عرضة للتدهور بسبب التعرض لأشعة الشمس فوق البنفسجية القاسية وأحمال الثلوج على التوالي. [177] عادةً، يتم منح الألواح الشمسية عمرًا افتراضيًا يتراوح بين 25 و30 عامًا قبل إيقاف تشغيلها. [178]

قدرت الوكالة الدولية للطاقة المتجددة أن كمية النفايات الإلكترونية الناتجة عن الألواح الشمسية في عام 2016 كانت 43500-250000 طن متري. ومن المتوقع أن يزيد هذا الرقم بشكل كبير بحلول عام 2030، ليصل إلى حجم نفايات يقدر بنحو 60-78 مليون طن متري في عام 2050. [179]

إعادة التدوير

الخلايا الشمسية الأكثر استخدامًا في السوق هي الخلايا الشمسية البلورية. المنتج قابل لإعادة التدوير حقًا إذا كان من الممكن حصاده مرة أخرى. في اتفاقية باريس لعام 2016 ، وافقت 195 دولة على تقليل انبعاثات الكربون من خلال تحويل تركيزها بعيدًا عن الوقود الأحفوري نحو مصادر الطاقة المتجددة. ونتيجة لهذا، ستكون الطاقة الشمسية مساهمًا رئيسيًا في توليد الكهرباء في جميع أنحاء العالم. لذلك، سيكون هناك وفرة من الألواح الشمسية التي سيتم إعادة تدويرها بعد نهاية دورة حياتها. في الواقع، أعرب العديد من الباحثين في جميع أنحاء العالم عن قلقهم بشأن إيجاد طرق لاستخدام خلايا السيليكون بعد إعادة التدوير. [180] [181] [182] [183]

بالإضافة إلى ذلك، تحتوي هذه الخلايا على عناصر/مركبات خطرة، بما في ذلك الرصاص (Pb)، والكادميوم (Cd) أو كبريتيد الكادميوم (CdS)، والسيلينيوم (Se)، والباريوم (Ba) كمواد مضافة إلى العناصر الثمينة السيليكون (Si)، والألمنيوم (Al)، والفضة (Ag)، والنحاس (Cu). يمكن أن يكون للعناصر/المركبات الضارة، إذا لم يتم التخلص منها بالتقنية المناسبة، آثار ضارة شديدة على حياة الإنسان والحياة البرية على حد سواء. [184]

إعادة التدوير

توجد طرق مختلفة يمكن من خلالها إعادة تدوير السيليكون أحادي التكافؤ. ويتم استخدام طرق الفصل الحراري والكيميائي بشكل أساسي. ويحدث هذا على مرحلتين [185]

  • فصل الخلايا الشمسية الكهروضوئية: في عملية الترقق الحراري، تتم إزالة أسيتات فينيل الإيثيلين (EVA) ويتم فصل المواد مثل الزجاج، وTedlar®، والإطار المصنوع من الألومنيوم، والصلب، والنحاس، والبلاستيك؛
  • تنظيف سطح الخلايا الشمسية الكهروضوئية: تتم إزالة الطبقات غير المرغوب فيها (طبقة مضادة للانعكاس، طلاء معدني وأشباه موصلات p-n) من الخلايا الشمسية السيليكونية المنفصلة عن وحدات الطاقة الكهروضوئية؛ ونتيجة لذلك، يمكن استعادة ركيزة السيليكون المناسبة لإعادة الاستخدام.

تحويل

أجرى العلماء دراسة بحثية لمعرفة مدى كفاءة تصنيع الألواح الشمسية من السيليكون النانوي والسيليكون النانوي/الهجين الجرافيتي. [184] تتكون تقنيات التجربة من

1. استعادة الخلايا الكهروضوئية من الوحدة الكهروضوئية التي انتهت صلاحيتها - وهي تقنية حاصلة على براءة اختراع حيث يتم تفكيك الألواح الشمسية وتنظيف كل مادة على حدة.

2. تنقية الخلايا الكهروضوئية المكسورة - تم وضع 40 جرامًا من الخلايا الكهروضوئية المكسورة في زجاجة زجاجية سعة 500 مل تحتوي على 20٪ KOH (أكسيد البوتاسيوم). تم إجراء المعالجة الحرارية لهذا المحلول المائي عند 80 درجة مئوية لمدة 0.5 ساعة. تم إذابة جميع معادن الألومنيوم والشوائب الأخرى في محلول 20٪ KOH، وتم ترسيب السيليكون الكهروضوئي الصلب على شكل رواسب. تم تجفيف الخلايا الكهروضوئية الصلبة في الفراغ وتم الحصول على 32 جرامًا من السيليكون المعاد تدويره الخالي من الشوائب.

3. تحويل السيليكون المعاد تدويره من الخلايا الكهروضوئية النقية إلى إنتاج نانو سيليكون ونانو سيليكون/جرافيت هجين - تم استخدام مطحنة كرات كوكبية واسعة النطاق (خط PULVERISETTE P5 5/4 الكلاسيكي). تم تحميل الخلايا/السيليكون المعاد تدويره من الخلايا الكهروضوئية الخالية من الشوائب داخل حاوية طحن من الفولاذ المقاوم للصدأ مع خمس كرات فولاذية مقواة (قطرها 25.4 مم). تم طحن العينة بسرعة دوران 160 دورة في الدقيقة لمدة 15 ساعة في درجة حرارة الغرفة تحت جو من الأرجون يبلغ 300 كيلو باسكال. أثناء طحن الكرات عالية الطاقة، تم تقليل حجم الجسيمات إلى مستوى النانومتر (<100 نانومتر). تم استخدام نفس العملية لإنتاج هجين نانو سيليكون/جرافيت من الخلايا الكهروضوئية باستثناء مسحوق الجرافيت التجاري (المنتج 282863، سيجما ألدريتش، مسحوق <20 ميكرومتر، صناعي) والذي تمت إضافته مع ثماني كرات فولاذية مقواة. تم طحن الخليط بسرعة دوران 160 دورة في الدقيقة لمدة 20 ساعة في درجة حرارة الغرفة تحت جو من الأرجون بضغط 300 كيلو باسكال وتم الحصول على هجين من PV nano-Si/graphite بنسبة وزن 5٪ PV nano-Si و 95٪ وزن الجرافيت.

أظهر قطب السيليكون النانوي/الجرافيت الناتج استقرارًا دوريًا ممتازًا مع احتفاظ عالي السعة حتى بعد 600 دورة طويلة الأمد. أثبتت هذه النتائج أنه يمكن تحويل السيليكون بسهولة إلى هجينات نانوية/جرافيت وحصادها في وحدات الطاقة الشمسية ويمكن أن تعمل بنفس كفاءة وحدة السيليكون أحادي التكافؤ.

التحديات

هناك العديد من وحدات الطاقة الشمسية المختلفة في السوق والتي لها تركيبات مختلفة. لذا، من الصعب أن يكون لدينا عملية تفكيك مشتركة لخلايا الطاقة الشمسية. كما يتعين على شركات إعادة التدوير إجراء مراقبة الجودة وهو أمر غير ممكن إذا كان لابد من إعادة تدوير وحدات الطاقة الشمسية المختلفة. هناك أيضًا تطبيقات مختلفة للسيليكون النقي خارج صناعة الطاقة الشمسية وقد يميل شركات إعادة التدوير إلى البيع هناك إذا حصلوا على قيمة أعلى للمنتج. [186]

ومن الأسئلة الأخرى التي تحتاج إلى إجابة [187]

  • من يبيع للمعاد تدوير الوحدات والمكونات و/أو المواد المستردة؟
  • ما هي تكاليف سيناريوهات إعادة التدوير المختلفة؟
  • موقع مرافق إعادة التدوير؟
  • هل سيكون إنشاء مرافق إعادة التدوير المتنقلة أكثر منطقية من المرافق المركزية؟
  • ما هي البنية التحتية التي يجب إنشاؤها لجمع وحدات النفايات؟
  • وعلى الجانب السياسي، فإن الأسئلة الرئيسية هي التالية:
  • من الذي يجب أن يدفع تكاليف إعادة تدوير وحدة النفايات؟

افتُتح أول مصنع لإعادة تدوير الألواح الشمسية في روسيت بفرنسا عام 2018. وكان من المقرر أن يعيد تدوير 1300 طن من نفايات الألواح الشمسية سنويًا، ويمكنه زيادة سعته إلى 4000 طن. [188] [189] [190] إذا كانت إعادة التدوير مدفوعة فقط بأسعار السوق، وليس أيضًا باللوائح البيئية، فإن الحوافز الاقتصادية لإعادة التدوير تظل غير مؤكدة واعتبارًا من عام 2021 لا يزال التأثير البيئي لأنواع مختلفة من تقنيات إعادة التدوير المتطورة بحاجة إلى تحديد كمي. [45]

انظر أيضا

رمز بوابة الطاقة المتجددة

مراجع

  1. ^ الخلايا الشمسية. chemistryexplained.com
  2. ^ تقرير خاص عن سلاسل توريد الطاقة الشمسية الكهروضوئية العالمية (PDF) . وكالة الطاقة الدولية. أغسطس/آب 2022.
  3. ^ "الخلايا الشمسية – الأداء والاستخدام". solarbotic s.net .
  4. ^ العزي، أثيل س.؛ أنصاري، محمد نينار م. (8 يوليو 2022). "الخلايا الشمسية الكهروضوئية: مراجعة". ابتكار النظام التطبيقي . 5 (4): 67. doi : 10.3390/asi5040067 . ISSN  2571-5577.
  5. ^ كونورز، جون (21-23 مايو 2007). "حول موضوع المركبات الشمسية وفوائد التكنولوجيا". المؤتمر الدولي للطاقة الكهربائية النظيفة 2007. كابري، إيطاليا. ص 700-705. doi :10.1109/ICCEP.2007.384287.
  6. ^ abc Arulious, Jora A; Earlina, D; Harish, D; Sakthi Priya, P; Inba Rexy, A; Nancy Mary, JS (1 نوفمبر 2021). "تصميم مركبة كهربائية تعمل بالطاقة الشمسية". مجلة الفيزياء: سلسلة المؤتمرات . 2070 (1): 012105. رمز Bibcode : 2021JPhCS2070a2105A. doi : 10.1088/1742-6596/2070/1/012105 . ISSN  1742-6588.
  7. ^ "خارطة الطريق التكنولوجية: الطاقة الشمسية الكهروضوئية" (PDF) . وكالة الطاقة الدولية. 2014. مؤرشف من الأصل (PDF) في 1 أكتوبر 2014. تم استرجاعه في 7 أكتوبر 2014 .
  8. ^ "اتجاهات تسعير الأنظمة الكهروضوئية – التوقعات التاريخية والحديثة والقصيرة الأجل، طبعة 2014" (PDF) . المختبر الوطني للطاقة المتجددة. 22 سبتمبر 2014. ص. 4. مؤرشف من الأصل (PDF) في 26 فبراير 2015.
  9. ^ "توثيق عقد من انخفاض تكاليف أنظمة الطاقة الكهروضوئية". المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) . تم الاسترجاع في 3 يونيو 2021 .
  10. ^ ماركيز لاميرينهاس، ريكاردو أ. ن. توريس، جواو باولو؛ دي ميلو كونها، جواو ب. (2022). “مراجعة التكنولوجيا الكهروضوئية: التاريخ والأساسيات والتطبيقات”. الطاقات . 15 (5): 1823. دوى : 10.3390 / en15051823 .
  11. ^ جيفوركيان، بيتر (2007). هندسة أنظمة الطاقة المستدامة: الموارد الكاملة لتصميم المباني الخضراء. ماكجرو هيل بروفيشنال. رقم ISBN 978-0-07-147359-0.
  12. ^ "جوليوس (يوهان فيليب لودفيج) إلستر: 1854 - 1920". مغامرات في السايبرساوند . مؤرشف من الأصل في 8 مارس 2011. تم الاسترجاع في 15 أكتوبر 2016 .
  13. ^ "جائزة نوبل في الفيزياء 1921: ألبرت أينشتاين"، الصفحة الرسمية لجائزة نوبل
  14. ^ Lashkaryov, VE (2008). "Investigation of a barrier layer by the thermoprobe method" (PDF) . Ukr. J. Phys . 53 (Special Issue): 53–56. ISSN  2071-0194. مؤرشف من الأصل (PDF) في 28 سبتمبر 2015.تمت ترجمته وإعادة طبعه من مجلة Izv. Akad. Nauk SSSR ، المجلد 5 ، العدد 4-5، ص 442-446 (1941)
  15. ^ "جهاز حساس للضوء" براءة اختراع أمريكية رقم 2,402,662 تاريخ الإصدار: يونيو 1946
  16. ^ Lehovec, K. (15 أغسطس 1948). "The Photo-Voltaic Effect". Physical Review . 74 (4): 463–471. Bibcode :1948PhRv...74..463L. doi :10.1103/PhysRev.74.463.
  17. ^ Lau, WS (أكتوبر 2017). "مقدمة إلى عالم أشباه الموصلات". تقنية الواجهة الأمامية لـ ULSI: تغطية من أول ورقة بحثية لأشباه الموصلات إلى تقنية CMOS FINFET . ص. 7. doi :10.1142/10495. ISBN 978-981-322-215-1.
  18. ^ "25 أبريل 1954: مختبرات بيل تستعرض أول خلية شمسية عملية من السيليكون". أخبار الجمعية الفيزيائية الأمريكية . 18 (4). الجمعية الفيزيائية الأمريكية. أبريل 2009.
  19. ^ تسوكوس ، كا (28 يناير 2010). الفيزياء لدبلوم البكالوريا الدولية (IB) بالألوان الكاملة. مطبعة جامعة كامبريدج. رقم ISBN 978-0-521-13821-5.
  20. ^ جارسيا، مارك (31 يوليو 2017). "مصفوفات الطاقة الشمسية في محطة الفضاء الدولية". ناسا . مؤرشف من الأصل في 17 يونيو 2019. تم الاسترجاع 10 مايو 2019 .
  21. ^ ديفيد، ليونارد (4 أكتوبر 2021). "طائرة الفضاء الآلية X-37B التابعة للقوات الجوية تحلق لأكثر من 500 يوم في مدار الأرض". لايف ساينس . تم الاسترجاع في 6 نوفمبر 2021 .
  22. ^ ديفيد، ليونارد (3 نوفمبر 2021). "قد يكون وقت الطاقة الشمسية الفضائية قد حان أخيرًا". Space.com . تم الاسترجاع في 6 نوفمبر 2021 .
  23. ^ بيرلين 1999، ص 50.
  24. ^ ab Perlin 1999، ص 53.
  25. ^ ab Williams, Neville (2005). Chasing the Sun: Solar Adventures Around the World . New Society Publishers . ص. 84. ISBN  9781550923124.
  26. ^ جونز، جيفري؛ بوآمان، لبنى (2012). "الطاقة من أشعة الشمس": تاريخ الأعمال للطاقة الشمسية (PDF) . كلية هارفارد للأعمال . ص 22-23.
  27. ^ بيرلين 1999، ص 54.
  28. ^ مؤسسة العلوم الوطنية: تاريخ موجز، الفصل الرابع، NSF 88-16، 15 يوليو 1994 (تم استرجاعه في 20 يونيو 2015)
  29. ^ هيرفيج، لويد أو. (1999). "إعادة النظر في شيري هيل: الأحداث الخلفية وحالة تكنولوجيا الطاقة الكهروضوئية". الاجتماع الخامس عشر لمراجعة البرنامج للمركز الوطني للطاقة الكهروضوئية . المجلد 462. ص 785. رمز المكتبة : 1999AIPC..462..785H. doi : 10.1063/1.58015.
  30. ^ ديو، جيه إن؛ براندهورست، إتش دبليو جونيور؛ فوريستيري، إيه إف (15-18 نوفمبر 1976). حالة مشروع اختبارات وتطبيقات الطاقة الكهروضوئية التابع لوكالة أبحاث الطاقة المتجددة والبحوث الاقتصادية/ناسا. المؤتمر الثاني عشر للمتخصصين في الطاقة الكهروضوئية التابع لمعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات.
  31. ^ "الروابط المتعددة الجنسيات - من يفعل ماذا وأين". مجلة نيو ساينتست . المجلد 84، العدد 1177. ريد بيزنس إنفورميشن. 18 أكتوبر 1979. ISSN  0262-4079.[ رابط ميت دائم ]
  32. ^ "أسعار الألواح الشمسية (الضوئية) مقابل القدرة التراكمية". OurWorldInData.org . 2023. مؤرشف من الأصل في 29 سبتمبر 2023.تنسب منظمة OWID بيانات المصدر إلى: Nemet (2009)؛ Farmer & Lafond (2016)؛ الوكالة الدولية للطاقة المتجددة (IRENA).
  33. ^ يو، بينج؛ وو، جيانج؛ ليو، شينتينج؛ شيونج، جيه؛ جاغاديش، تشينوباتي؛ وانج، زيمينج م. (1 ديسمبر 2016). "تصميم وتصنيع أسلاك السيليكون النانوية نحو خلايا شمسية فعالة" (PDF) . نانو توداي . 11 (6): 704-737. doi :10.1016/j.nantod.2016.10.001.
  34. ^ "مؤشر تكلفة نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية في الولايات المتحدة: الربع الأول من عام 2018" (PDF) (pdf). المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL). ص. 26. تم الاسترجاع في 3 يونيو 2021 .
  35. ^ "معيار تكلفة نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية وتخزين الطاقة في الولايات المتحدة: الربع الأول من عام 2020" (PDF) (pdf). المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL). ص. 28. تم الاسترجاع في 3 يونيو 2021 .
  36. ^ "Sunny Uplands: Alternative energy will no longer be alternative". The Economist . 21 نوفمبر 2012 . تم الاسترجاع في 28 ديسمبر 2012 .
  37. ^ "من M0 إلى M12 - أحجام رقائق مختلفة في السوق". مدونة IBC SOLAR . 13 ديسمبر 2019 . تم الاسترجاع في 28 أكتوبر 2024 .
  38. ^ Bhambhani, Anu (25 يونيو 2020). "مجموعة تقترح M10 كحجم قياسي جديد لرقاقة السيليكون". TaiyangNews - كل شيء عن الطاقة الشمسية . تم الاسترجاع في 28 أكتوبر 2024 .
  39. ^ أسهم الطاقة الشمسية: هل تتناسب العقوبة مع الجريمة؟. 24/7 Wall St. (6 أكتوبر 2011). تم الاسترجاع في 3 يناير 2012.
  40. ^ باركنسون، جايلز (7 مارس 2013). "انخفاض تكلفة الطاقة الشمسية الكهروضوئية (الرسوم البيانية)". Clean Technica . تم الاسترجاع في 18 مايو 2013 .
  41. ^ "Snapshot of Global PV 1992–2014" (PDF) . وكالة الطاقة الدولية – برنامج أنظمة الطاقة الكهروضوئية. 30 مارس 2015. مؤرشف من الأصل في 7 أبريل 2015.
  42. ^ "الطاقة الشمسية – الطاقة المتجددة – المراجعة الإحصائية للطاقة العالمية – اقتصاديات الطاقة – بي بي". bp.com . مؤرشف من الأصل في 23 مارس 2018 . تم الاسترجاع 2 سبتمبر 2017 .
  43. ^ مان، ساندر أ.؛ دي وايلد-شولتن، ماريسكا ج.؛ فثيناكيس، فاسيليس م.؛ فان سارك، ويلفريد ج.ج.م؛ سينك، ويم س. (1 نوفمبر 2014). "زمن استرداد الطاقة لوحدات الطاقة الكهروضوئية المصنوعة من السليكون البلوري المتقدم في عام 2020: دراسة مستقبلية". التقدم في الخلايا الكهروضوئية: البحث والتطبيقات . 22 (11): 1180-1194. doi :10.1002/pip.2363. hdl : 1874/306424 . ISSN  1099-159X. S2CID  97151576.
  44. ^ Jaeger, Joel (20 سبتمبر 2021). "شرح النمو الأسّي للطاقة المتجددة" . تم الاسترجاع في 8 نوفمبر 2021 .
  45. ^ abcde "الألواح الشمسية تشكل مشكلة عند إعادة تدويرها. تحاول هذه الشركات إصلاح ذلك". MIT Technology Review . تم الاسترجاع في 8 نوفمبر 2021 .
  46. ^ "BP Global – Reports and publications – Going for grid parity". مؤرشف من الأصل في 8 يونيو 2011. تم الاسترجاع في 4 أغسطس 2012 .. Bp.com. تم الاسترجاع في 19 يناير 2011.
  47. ^ BP Global – التقارير والمنشورات – الكسب على الشبكة. Bp.com. أغسطس 2007.
  48. ^ الطريق إلى التكافؤ الشبكي. bp.com
  49. ^ بيكوك، مات (20 يونيو 2012) صناعة الطاقة الشمسية تحتفل بتكافؤ الشبكة، إيه بي سي نيوز.
  50. ^ بالدوين، سام (20 أبريل 2011) كفاءة الطاقة والطاقة المتجددة: التحديات والفرص. معرض الطاقة النظيفة الفائق، جامعة ولاية كولورادو. وزارة الطاقة الأمريكية.
  51. ^ "شركات الطاقة الشمسية الصينية الصغيرة تتعرض للدمار في عام 2012". منصة تجارة الطاقة الشمسية ENF ودليل شركات الطاقة الشمسية . ENF Ltd. 8 يناير 2013. تم الاسترجاع في 1 يونيو 2013 .
  52. ^ "ما هي اللوحة الشمسية وكيف تعمل؟". Energuide.be . Sibelga . تم الاسترجاع في 3 يناير 2017 .
  53. ^ مارتن، كريس (30 ديسمبر 2016). "الألواح الشمسية أصبحت الآن رخيصة جدًا، وربما يبيعها المصنعون بخسارة". بلومبرج فيو . بلومبرج إل بي . تم الاسترجاع في 3 يناير 2017 .
  54. ^ شانكلمان، جيسيكا؛ مارتن، كريس (3 يناير 2017). "الطاقة الشمسية قد تتفوق على الفحم لتصبح أرخص طاقة على وجه الأرض". بلومبرج فيو . بلومبرج إل بي . تم الاسترجاع في 3 يناير 2017 .
  55. ^ ab Kumar, Ankush (3 يناير 2017). "التنبؤ بكفاءة الخلايا الشمسية بناءً على أقطاب كهربائية شفافة موصلة". مجلة الفيزياء التطبيقية . 121 (1): 014502. Bibcode :2017JAP...121a4502K. doi :10.1063/1.4973117. ISSN  0021-8979.
  56. ^ "كفاءة الخلايا الشمسية | PVEducation". www.pveducation.org . مؤرشف من الأصل في 31 يناير 2018 . تم الاسترجاع 31 يناير 2018 .
  57. ^ "T.Bazouni: ما هو عامل ملء اللوحة الشمسية". مؤرشف من الأصل في 15 أبريل 2009 . تم الاسترجاع في 17 فبراير 2009 .
  58. ^ Rühle, Sven (8 فبراير 2016). "القيم المجدولة لحد Shockley-Queisser للخلايا الشمسية ذات الوصلة الواحدة". الطاقة الشمسية . 130 : 139–147. رمز Bibcode :2016SoEn..130..139R. doi :10.1016/j.solener.2016.02.015.
  59. ^ فوس، أ.د (1980). "حد التوازن التفصيلي لكفاءة الخلايا الشمسية الترادفية". مجلة الفيزياء د: الفيزياء التطبيقية . 13 (5): 839. رمز Bibcode :1980JPhD...13..839D. doi :10.1088/0022-3727/13/5/018. S2CID  250782402.
  60. ^ بوليس، كيفن (13 يونيو 2014) خلية شمسية تحطيم الأرقام القياسية تشير إلى الطريق نحو طاقة أرخص. مراجعة تكنولوجيا إم آي تي
  61. ^ ديمروث ، فرانك. تيبيتس ، توماس ND ؛ نيماير، ماركوس. بريدان، فيليكس. بيوتل، بول؛ كارشر، كريستيان؛ أوليفا، إدوارد؛ سيفر، جيرالد. لاكنر، ديفيد؛ وآخرون. (2016). “الخلايا الشمسية المركزة ذات الرقاقة ذات الأربع وصلات”. مجلة IEEE للخلايا الكهروضوئية . 6 (1): 343-349. دوى :10.1109/jphotov.2015.2501729. S2CID  47576267.
  62. ^ ab Janz, Stefan; Reber, Stefan (14 سبتمبر 2015). "خلية شمسية فعّالة بنسبة 20% على EpiWafer". Fraunhofer ISE . تم الاسترجاع في 15 أكتوبر 2015 .
  63. ^ أب دريسن ، ماريون. أميري، ديانا؛ ميلينكوفيتش، نينا؛ شتاينهاوزر، بيرند؛ لينديكوغيل، ستيفان؛ بينيك، جان؛ ريبر، ستيفان. يانز ، ستيفان (2016). “الخلايا الشمسية بكفاءة 20% وتقييم مدى الحياة للرقائق الفوقي”. بروسيديا الطاقة . 92 : 785-790. بيب كود :2016EnPro..92..785D. دوى : 10.1016/j.egypro.2016.07.069 . ردمك  1876-6102.
  64. ^ زيج، ليزا (4 يونيو 2015). "الخلية الشمسية تسجل رقمًا قياسيًا عالميًا بكفاءة مستقرة تبلغ 13.6٪". Phys.org .
  65. ^ كفاءة 30.2% – رقم قياسي جديد للخلية الشمسية متعددة الوصلات القائمة على السيليكون. (9 نوفمبر 2016). تم استرجاعه في 15 نوفمبر 2016.
  66. ^ إسيج ، ستيفاني. أليبي، كريستوف؛ ريمو، تيموثي. جيشز، جون ف. شتاينر، مايلز أ. هورويتز، كيلسي. بارود، لوريس. وارد، جيه سكوت؛ شنابل ، مانويل (سبتمبر 2017). “رفع كفاءة تحويل الشمس الواحدة للخلايا الشمسية III – V/Si إلى 32.8% لوصلتين و 35.9% لثلاثة تقاطعات”. طاقة الطبيعة . 2 (9): 17144. بيب كود :2017NatEn...217144E. دوى :10.1038/nenergy.2017.144. ISSN  2058-7546. S2CID  115327057.
  67. ^ "تقرير الطاقة الكهروضوئية" (PDF) . معهد فراونهوفر للأبحاث العلمية. 22 سبتمبر 2022. مؤرشف من الأصل (PDF) في 23 سبتمبر 2022.
  68. ^ ماركيز لاميرينهاس، ريكاردو أ. توريس، جواو باولو ن.؛ دي ميلو كونها ، جواو ب. (يناير 2022). “مراجعة التكنولوجيا الكهروضوئية: التاريخ والأساسيات والتطبيقات”. الطاقات . 15 (5): 1823. دوى : 10.3390 / en15051823 . ISSN  1996-1073.
  69. ^ رانبات ، كيران. باتريكيف، ليف؛ أنتاليفنا ريفينا، ألكسندرا؛ أندريانوف، كيريل؛ لابشينسكي، فاليري؛ سوفرونوفا ، إيلينا (2016). “مقدمة لتكنولوجيا الخلايا الشمسية”. Istrazivanja I Projektovanja Za Privredu . 14 (4): 481-491. دوى : 10.5937/jaes14-10879 . ردمك  1451-4117. S2CID  114726770.
  70. ^ Zanatta, AR (ديسمبر 2022). "حد Shockley-Queisser وكفاءة التحويل للخلايا الشمسية القائمة على السيليكون". نتائج Opt . 9 : 100320–7pp. doi :10.1016/j.rio.2022.100320. S2CID  253359097.
  71. ^ "الوحدات الشمسية أحادية البلورية" . تم الاسترجاع في 27 أغسطس 2020 .
  72. ^ Gaucher, Alexandre; Cattoni, Andrea; Dupuis, Christophe; Chen, Wanghua; Cariou, Romain; Foldyna, Martin; Lalouat, Loı̈c; Drouard, Emmanuel; Seassal, Christian; Roca i Cabarrocas, Pere; Collin, Stéphane (2016). "خلايا شمسية من السيليكون الرقيقة للغاية مع مصفوفات هرمية نانوية مقلوبة لاحتجاز الضوء بكفاءة" (PDF) . Nano Letters . 16 (9): 5358–64. Bibcode :2016NanoL..16.5358G. doi :10.1021/acs.nanolett.6b01240. PMID  27525513. S2CID  206734456.
  73. ^ تشين ، وانغوا. كاريو، رومان؛ فولدينا، مارتن؛ ديباو، فاليري؛ ترومبوكيس، كريستوس؛ دوارد، إيمانويل؛ لالوات، لويك؛ حروري، عبد المنعم؛ ليو، جيا؛ فف، آلان؛ أوروبتشوك، ريجيس؛ ماندورلو، فابيان؛ سيسال، مسيحي؛ ماسيوت، إيناس؛ دميترييف، الكسندر؛ لي كي دونغ؛ كاباروكاس، بيري روكا (2016). “الخلايا الشمسية السيليكونية البلورية الفوقية المعتمدة على النانو الضوئيات ذات درجة الحرارة المنخفضة PECVD”. مجلة الفيزياء د: الفيزياء التطبيقية . 49 (12): 125603. بيب كود :2016JPhD...49l5603C. doi :10.1088/0022-3727/49/12/125603. ISSN  0022-3727. S2CID  125317340.
  74. ^ كوباياشي، إيجي؛ واتابي، يوشيمي؛ هاو، روينج؛ رافي، تي إس (2015). "خلايا شمسية عالية الكفاءة غير متجانسة الوصلات على رقائق السيليكون أحادية البلورة من النوع n بدون شقوق عن طريق النمو الطلائي". رسائل الفيزياء التطبيقية . 106 (22): 223504. رمز Bibcode : 2015ApPhL.106v3504K. doi : 10.1063/1.4922196. ISSN  0003-6951.
  75. ^ كيم، دي إس؛ وآخرون (18 مايو 2003). خلايا شمسية من السيليكون الشريطي الخيطي بكفاءة 17.8% (ملف PDF) . المجلد 2. ص 1293-1296. رقم ISBN 978-4-9901816-0-4. {{cite book}}: |journal=تم تجاهله ( مساعدة )
  76. ^ واين ماكميلان، "معضلة فريق التمثيل" محفوظ في 5 نوفمبر 2013 على موقع واي باك مشين ، بي تي إيميجنج
  77. ^ بيرس، ج.؛ لاو، أ. (2002). "تحليل الطاقة الصافية لإنتاج الطاقة المستدامة من الخلايا الشمسية القائمة على السيليكون" (PDF) . الطاقة الشمسية . ص. 181. doi :10.1115/SED2002-1051. ISBN 978-0-7918-1689-9.[ رابط معطل ]
  78. ^ إدوف، ماريكا (مارس 2012). "خلايا شمسية ذات أغشية رقيقة: بحث من منظور صناعي". أمبيو . 41 (2): 112-118. رمز Bibcode :2012Ambio..41S.112E. doi :10.1007/s13280-012-0265-6. ISSN  0044-7447. PMC 3357764. PMID 22434436  . 
  79. ^ ab Fthenakis, Vasilis M. (2004). "تحليل تأثير دورة حياة الكادميوم في إنتاج الطاقة الكهروضوئية باستخدام تيلوريد الكادميوم" (PDF) . مراجعات الطاقة المتجددة والمستدامة . 8 (4): 303-334. doi :10.1016/j.rser.2003.12.001.
  80. ^ "IBM و Tokyo Ohka Kogyo يزيدان من إنتاج الطاقة الشمسية"، IBM
  81. ^ Collins, RW; Ferlauto, AS; Ferreira, GM; Chen, C.; Koh, J.; Koval, RJ; Lee, Y.; Pearce, JM; Wronski, CR (2003). "تطور البنية الدقيقة والطور في السيليكون غير المتبلور والبروتوكريستالي والميكروكريستالي المدروس بواسطة قياس القطع الناقص الطيفي في الوقت الحقيقي". مواد الطاقة الشمسية والخلايا الشمسية . 78 (1-4): 143. doi :10.1016/S0927-0248(02)00436-1.
  82. ^ Pearce, JM; Podraza, N.; Collins, RW; Al-Jassim, MM; Jones, KM; Deng, J.; Wronski, CR (2007). "تحسين جهد الدائرة المفتوحة في الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون غير المتبلور مع جهات اتصال من النوع p مختلطة الطور (غير متبلورة + نانوية بلورية) ذات محتوى نانوي بلوري منخفض" (PDF) . مجلة الفيزياء التطبيقية . 101 (11): 114301–114301–7. Bibcode :2007JAP...101k4301P. doi :10.1063/1.2714507. مؤرشف من الأصل (PDF) في 13 يونيو 2009.
  83. ^ يابلونوفيتش، إيلي؛ ميلر، أوين د؛ كورتز، إس آر (2012). "الفيزياء البصرية الإلكترونية التي كسرت حد الكفاءة في الخلايا الشمسية". مؤتمر IEEE للمتخصصين في الطاقة الكهروضوئية الثامن والثلاثون لعام 2012. 001556. doi :10.1109/PVSC.2012.6317891. ISBN 978-1-4673-0066-7. S2CID  30141399.
  84. ^ "خدعة الأغشية الرقيقة تجعل أجهزة الزرنيخيد الغاليوم رخيصة الثمن". مجلة IEEE Spectrum . تم الاسترجاع في 26 يونيو 2023 .
  85. ^ جيميني، ريداكسجونين (5 نوفمبر 2021). "خلايا شمسية جديدة فائقة الكفاءة في استخدام المواد ومنخفضة التكلفة - باستخدام الأسلاك النانوية". أخبار SciTech النرويجية . تم الاسترجاع في 26 يونيو 2023 .
  86. ^ "تقرير الطاقة الكهروضوئية" (PDF) . معهد فراونهوفر للأبحاث العلمية. 28 يوليو 2014. مؤرشف من الأصل (PDF) في 9 أغسطس 2014. تم استرجاعه في 31 أغسطس 2014 .
  87. ^ أوكو، تاكيو؛ كومادا، كازوما؛ سوزوكي، أتسوشي؛ كيكوتشي، كينجي (يونيو 2012). "تأثيرات إضافة الجرمانيوم إلى الخلايا الشمسية القائمة على فثالوسيانين النحاس/الفوليرين". مجلة الهندسة الأوروبية المركزية . 2 (2): 248-252. رمز Bibcode : 2012CEJE....2..248O. doi : 10.2478/s13531-011-0069-7 . S2CID  136518369.
  88. ^ خلايا شمسية مركزة أرضية ثلاثية الوصلات. (PDF) تم استرجاعه في 3 يناير 2012.
  89. ^ كلارك، كريس (19 أبريل 2011) شركة سان خوسيه للطاقة الشمسية تحطم الرقم القياسي للكفاءة في الطاقة الكهروضوئية. Optics.org. تم الاسترجاع في 19 يناير 2011.
  90. ^ "معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية يطور أكثر خلايا الطاقة الشمسية كفاءة في العالم بنسبة كفاءة 47.6% - معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية . 30 مايو 2022. تم الاسترجاع في 23 يوليو 2024 .
  91. ^ هيلمرز ، هينينج. هوهن، أوليفر. لاكنر، ديفيد؛ شيجولا، باتريك. كليتزكي، مالطا؛ شون، جوناس. بيليجرينو، كارمين؛ أوليفا، إدوارد؛ شاختنر، مايكل. بيوتل، بول؛ هيكلمان، ستيفان؛ بريدان، فيليكس. أولمان، ينس؛ سيفر، جيرالد. ديمروث ، فرانك (8 مارس 2024). فروندليتش، الكسندر. الأماكن القريبة : كولين، ستيفان؛ سيلرز، إيان ر. (محرران). “تعزيز كفاءة تحويل الطاقة الشمسية إلى 47.6% واستكشاف التنوع الطيفي لمحولات الطاقة الضوئية من النوع III-V”. SPIE: 36. دوى :10.1117/12.3000352. رقم ISBN 978-1-5106-7022-8. {{cite journal}}: تتطلب المجلة الاستشهاد بها |journal=( مساعدة )
  92. ^ كاريو ، رومان. تشن وانغوا. موريس، جان لوك؛ يو، جينغ ون؛ البطريرك جيل. موجوين، أوليفيا؛ لارو، لودوفيتش؛ ديكوبيرت، جان؛ روكا إي كاباروكاس، بيري (2016). “تعزز البلازما ذات درجة الحرارة المنخفضة النمو الفوقي للأمراض القلبية الوعائية للسيليكون على GaAs: نموذج جديد للتكامل III-V/Si”. التقارير العلمية . 6 : 25674. بيب كود :2016NatSR...625674C. دوى :10.1038/srep25674. ISSN  2045-2322. بمك 4863370 . بميد  27166163. 
  93. ^ سميث، ديفيد د.؛ كوزينز، بيتر؛ ويستربيرج، ستافان؛ جيسوس-تاباجوندا، راسل دي؛ أنيرو، جيرلي؛ شين، يو-شين (2014). "نحو الحدود العملية للخلايا الشمسية السيليكونية". مجلة معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات للخلايا الكهروضوئية . 4 (6): 1465-1469. doi :10.1109/JPHOTOV.2014.2350695. S2CID  33022605.
  94. ^ المنصوري، إبراهيم؛ هو بيلي، أنيتا ؛ بريمنر، ستيفن ب؛ جرين، مارتن أ. (2015). "زيادة أداء الخلايا الشمسية السيليكونية باستخدام مفهوم متعدد الوصلات". مجلة معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات للخلايا الكهروضوئية . 5 (3): 968-976. doi :10.1109/JPHOTOV.2015.2395140. S2CID  8477762.
  95. ^ إسيج ، ستيفاني. شتاينر، مايلز أ. أليبي، كريستوف. جيشز، جون ف. بافيت سالومون، برتراند؛ وارد سكوت. ديسكوودريس، أنطوان؛ لاسالفيا، فينتشنزو؛ بارود، لوريس. بادل، نيكولا؛ فايز، أنطونين؛ ليفرات، جاك؛ ديسبيسي، ماتيو؛ باليف، كريستوف؛ سترادينز، بول؛ يونغ، ديفيد ل. (2016). “تحقيق الخلايا الشمسية GaInP/Si ثنائية الوصلات بكفاءة 29.8% 1-Sun”. مجلة IEEE للخلايا الكهروضوئية . 6 (4): 1012-1019. دوى : 10.1109/JPHOTOV.2016.2549746 . أوستي  1329999.
  96. ^ ريختر، أرمين؛ هيرمل، مارتن؛ جلونز، ستيفان دبليو. (2013). "إعادة تقييم الكفاءة المحدودة للخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون البلوري". مجلة معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات للخلايا الكهروضوئية . 3 (4): 1184-1191. doi :10.1109/JPHOTOV.2013.2270351. S2CID  6013813.
  97. ^ "أفضل كفاءة لخلايا البحث" (PDF) . مؤرشف من الأصل (PDF) في 27 نوفمبر 2020. تم الاسترجاع في 28 سبتمبر 2020 .
  98. ^ "البيروفسكايت، بديل "رخيص للغاية" للسيليكون، أصبح أكثر كفاءة". 16 فبراير 2023. تم الاسترجاع في 3 يونيو 2023 .
  99. ^ Kosasih, Felix Utama; Ducati, Caterina (مايو 2018). "توصيف تدهور الخلايا الشمسية البيروفسكايتية من خلال المجهر الإلكتروني الموضعي والعامل". Nano Energy . 47 : 243–256. doi :10.1016/j.nanoen.2018.02.055.
  100. ^ تيان، شيويه يو؛ سترانكس، صامويل د؛ يو، فينجكي (يوليو 2020). "استخدام الطاقة في دورة حياة الخلايا الشمسية الترادفية عالية الأداء والآثار البيئية". تقدم العلوم . 6 (31): eabb0055. رمز Bibcode : 2020SciA....6...55T. doi : 10.1126/sciadv.abb0055 . ISSN  2375-2548. PMC 7399695. PMID 32789177  . 
  101. ^ جونج، جيان؛ دارلينج، سيث ب؛ يو، فينجكي (3 يوليو 2015). "الخلايا الكهروضوئية من البيروفسكايت: تقييم دورة حياة الطاقة والتأثيرات البيئية". الطاقة والعلوم البيئية . 8 (7): 1953-1968. doi :10.1039/C5EE00615E. ISSN  1754-5706.
  102. ^ تيان، شيويه يو؛ سترانكس، صامويل د؛ يو، فينجكي (24 يونيو 2021). "تقييم دورة حياة استراتيجيات إعادة التدوير لوحدات الطاقة الكهروضوئية المصنوعة من البيروفسكايت". استدامة الطبيعة . 4 (9): 821-829. رمز Bibcode : 2021NatSu...4..821T. doi : 10.1038/s41893-021-00737-z. ISSN  2398-9629. S2CID  235630649.
  103. ^ حق ، سيرازول. مينديز، مانويل J.؛ سانشيز سوبرادو، أولالا؛ أغواس، هوغو؛ فورتوناتو، الفيرا؛ مارتينز ، رودريجو (1 مايو 2019). “TiO2 ذو البنية الضوئية لخلايا البيروفسكايت الشمسية عالية الكفاءة والمرنة والمستقرة”. طاقة النانو . 59 : 91-101. دوى : 10.1016/j.nanoen.2019.02.023 . ISSN  2211-2855. S2CID  139461077.
  104. ^ لي، جونمينج؛ كاو، هاي لي؛ جياو، وين بين؛ وانغ، تشيونغ؛ وي، مينجدينج؛ كانتوني، إيرين؛ لو، جيان؛ أباتي، أنطونيو (21 يناير 2020). "التأثير البيولوجي للرصاص من بيروفسكايت الهاليد يكشف عن خطر إدخال عتبة آمنة". نيتشر كوميونيكيشنز . 11 (1): 310. رمز Bibcode : 2020NatCo..11..310L. doi : 10.1038/s41467-019-13910-y. ISSN  2041-1723. PMC 6974608. PMID 31964862  . 
  105. ^ موري هيروشي (3 أكتوبر 1961). "جهاز تحويل الطاقة الإشعاعية". براءات اختراع جوجل .
  106. ^ (A1) ES 453575 (A1)  أ. لوكي: "Procedimiento para obtener células Solares bifaciales" تاريخ التقديم 5 مايو 1977
  107. ^ (أ) الولايات المتحدة 4169738 (أ) أ. لوك: "خلية شمسية مزدوجة الجوانب مع جهاز تركيز ذاتي التبريد" تاريخ التقديم 21 نوفمبر 1977 
  108. ^ لوك، أ.؛ كويفاس، أ.؛ إيجورين، ج. (1978). "سلوك الخلية الشمسية تحت سرعة إعادة تركيب السطح المتغيرة واقتراح بنية جديدة". إلكترونيات الحالة الصلبة . 21 (5): 793-794. رمز Bibcode :1978SSEle..21..793L. doi :10.1016/0038-1101(78)90014-X.
  109. ^ Cuevas, A.; Luque, A.; Eguren, J.; Alamo, J. del (1982). "50 Percent more output power from an albedo-collecting flat panel using bifacial solar cells". الطاقة الشمسية . 29 (5): 419–420. رمز Bibcode :1982SoEn...29..419C. doi :10.1016/0038-092x(82)90078-0.
  110. ^ "خارطة الطريق الدولية للتكنولوجيا الكهروضوئية (ITRPV) - الصفحة الرئيسية". www.itrpv.net . تم الاسترجاع في 20 فبراير 2018 .
  111. ^ ab Sun, Xingshu; Khan, Mohammad Ryyan; Deline, Chris; Alam, Muhammad Ashraful (2018). "تحسين وأداء الوحدات الشمسية ثنائية الوجه: منظور عالمي". Applied Energy . 212 : 1601–1610. arXiv : 1709.10026 . Bibcode :2018ApEn..212.1601S. doi :10.1016/j.apenergy.2017.12.041. S2CID  117375370.
  112. ^ خان، م. ريان؛ هانا، أمير؛ صن، شينغشو؛ علم، محمد أ. (2017). "مزارع الطاقة الشمسية ثنائية الأوجه العمودية: الفيزياء والتصميم والتحسين العالمي". الطاقة التطبيقية . 206 : 240-248. arXiv : 1704.08630 . Bibcode :2017ApEn..206..240K. doi :10.1016/j.apenergy.2017.08.042. S2CID  115039440.
  113. ^ بيرنهام، أداء وحدات الخلايا الكهروضوئية ثنائية الوجه على جهاز تعقب ثنائي المحور في بيئة خطوط العرض العالية والانعكاس العالي، مؤتمر IEEE السادس والأربعين للمتخصصين في الخلايا الكهروضوئية (PVSC) لعام 2019، شيكاغو، إلينوي، الولايات المتحدة الأمريكية، 2019، ص 1320-1327.
  114. ^ تشاو ، بينجلين. صن، شينغشو؛ خان، محمد ريان؛ علام، محمد أشرفول (19 فبراير 2018). “آلة حاسبة بوردو ثنائية الوجه”. نانو هاب . دوى :10.4231/d3542jb3c.
  115. ^ لوك، أنطونيو؛ مارتي، أنطونيو (1997). "زيادة كفاءة الخلايا الشمسية المثالية من خلال التحولات المستحثة بالفوتون عند المستويات المتوسطة". رسائل المراجعة الفيزيائية . 78 (26): 5014-5017. رمز Bibcode :1997PhRvL..78.5014L. doi :10.1103/PhysRevLett.78.5014.
  116. ^ أوكادا، يوشيتاكا؛ توماه سوغابي؛ ياسوشي شوجي (2014). "الفصل 13: الخلايا الشمسية متوسطة النطاق". في آرثر جيه نوزيك؛ جافين كونيبير؛ ماثيو سي بيرد (المحررون). المفاهيم المتقدمة في الخلايا الكهروضوئية . سلسلة الطاقة والبيئة. المجلد 11. كامبريدج، المملكة المتحدة: الجمعية الملكية للكيمياء. ص 425-54. doi :10.1039/9781849739955-00425. ISBN 978-1-84973-995-5.
  117. ^ راميرو، إينيغو؛ مارتي، أنطونيو (يوليو 2021). "الخلايا الشمسية متوسطة النطاق: الحاضر والمستقبل" (PDF) . التقدم في الخلايا الكهروضوئية: البحث والتطبيقات . 29 (7): 705-713. doi :10.1002/pip.3351. ISSN  1062-7995. S2CID  226335202.
  118. ^ ماسون، شون (17 سبتمبر 2014). "الباحثون يستخدمون الأحبار السائلة لإنشاء خلايا شمسية أفضل". Phys.org .
  119. ^ "هذه الخلية الشمسية الرقيقة قادرة على تحويل أي سطح إلى مصدر للطاقة". المنتدى الاقتصادي العالمي . 16 ديسمبر 2022.
  120. ^ Hernández-Rodríguez, MA; Imanieh, MH; Martín, LL; Martín, IR (سبتمبر 2013). "التعزيز التجريبي للتيار الضوئي في خلية شمسية باستخدام عملية التحويل لأعلى في زجاج الفلوروإيندات المثير عند 1480 نانومتر". مواد الطاقة الشمسية والخلايا الشمسية . 116 : 171–175. doi :10.1016/j.solmat.2013.04.023.
  121. ^ وانج، بينج؛ زكير الدين، شايك م؛ موسر، جاك إي؛ نظير الدين، محمد ك؛ سيكيجوتشي، تاكاشي؛ جراتزل، مايكل (يونيو 2003). "خلية شمسية مستقرة شبه صلبة حساسة للصبغة مع مُحسس روثينيوم محب للدهون وإلكتروليت هلام بوليمر". مواد الطبيعة . 2 (6): 402-407. رمز Bibcode : 2003NatMa...2..402W. doi : 10.1038/nmat904 . ISSN  1476-4660. PMID  12754500. S2CID  27383758.
  122. ^ الخلايا الشمسية المصبوغة بالحساسية. G24i.com (2 أبريل 2014). تم استرجاعه في 20 أبريل 2014.
  123. ^ شارما، دارشان؛ جها، رانجانا؛ كومار، شيف (1 أكتوبر 2016). "الخلية الشمسية الحساسة للنقاط الكمومية: التطورات الحديثة والآفاق المستقبلية في الأنود الضوئي". مواد الطاقة الشمسية والخلايا الشمسية . 155 : 294-322. doi :10.1016/j.solmat.2016.05.062. ISSN  0927-0248.
  124. ^ سيمونين، أو إي؛ لوثر، جيه إم؛ تشوي، إس؛ تشين، إتش- واي؛ جاو، جيه؛ نوزيك، إيه جيه؛ بيرد، إم سي (2011). "كفاءة الكم القصوى للتيار الضوئي الخارجي تتجاوز 100% عبر ميج في خلية شمسية بنقطة كمومية". ساينس . 334 (6062): 1530–3. رمز Bibcode :2011Sci...334.1530S. doi :10.1126/science.1209845. PMID  22174246. S2CID  36022754.
  125. ^ كامات، براشانت ف. (2012). "تعزيز كفاءة الخلايا الشمسية المحسسة بنقاط الكم من خلال تعديل نقل الشحنة بين الواجهات". حسابات البحوث الكيميائية . 45 (11): 1906-15. doi :10.1021/ar200315d. PMID  22493938.
  126. ^ Santra, Pralay K.; Kamat, Prashant V. (2012). "خلايا شمسية حساسة لنقاط الكم الممزوجة بالمنجنيز: استراتيجية لتعزيز الكفاءة بأكثر من 5%". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 134 (5): 2508–11. doi :10.1021/ja211224s. PMID  22280479.
  127. ^ مون، سو جين؛ إتزهايك، يافيت؛ يام، جون هو؛ زاكير الدين، شايك م؛ هودز، جاري؛ جراتزيل، مايكل (2010). "خلية شمسية ميزوسكوبية تعتمد على الأنتيمون والكبريت باستخدام موصل ثقب عضوي". مجلة رسائل الكيمياء الفيزيائية . 1 (10): 1524. doi :10.1021/jz100308q.
  128. ^ دو ، يونيو. دو، تشونغ لين؛ هو، جين سونغ؛ بان، تشنشياو؛ شين، تشينغ؛ صن، جيانكون؛ طويل، دونغهوي؛ دونغ، هوي؛ صن، ليتاو؛ تشونغ، شينخوا؛ وان لي جون (2016). “الخلايا الشمسية Zn-Cu-In-Se ذات النقاط الكمية ذات كفاءة تحويل طاقة معتمدة تبلغ 11.6٪”. مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 138 (12): 4201-4209. دوى :10.1021/jacs.6b00615. بميد  26962680.
  129. ^ أبحاث الخلايا الشمسية || مختبر براشانت كامات في جامعة نوتردام. Nd.edu (22 فبراير 2007). تم الاسترجاع في 17 مايو 2012.
  130. ^ جينوفيز، ماثيو ب.؛ لايتكاب، إيان ف.؛ كامات، براشانت ف. (2012). "طلاء شمسي قابل للتصديق. نهج تحويلي من خطوة واحدة لتصميم الخلايا الشمسية النانوية". ACS Nano . 6 (1): 865–72. doi :10.1021/nn204381g. PMID  22147684.
  131. ^ ab Yu, Peng; Wu, Jiang; Gao, Lei; Liu, Huiyun; Wang, Zhiming (1 مارس 2017). "خلايا شمسية بنقطة كمية من InGaAs وGaAs مزروعة بواسطة تكاثر القطرات" (PDF) . مواد الطاقة الشمسية والخلايا الشمسية . 161 : 377–381. doi :10.1016/j.solmat.2016.12.024.
  132. ^ وو، جيانج؛ يو، بينج؛ سوشا، أندريه إس؛ سابلون، كيمبرلي إيه؛ تشين، هاي يوان؛ تشو، تشيهوا؛ لي، هاندونج؛ جي، هاينينغ؛ نيو، شياوبين (1 أبريل 2015). "تعزيز كفاءة النطاق العريض في الخلايا الشمسية ذات النقاط الكمومية المقترنة بالنجوم النانوية البلازمونية متعددة الأشواك". نانو إنرجي . 13 : 827-835. doi :10.1016/j.nanoen.2015.02.012. S2CID  98282021.
  133. ^ وصلت كفاءة الطاقة البلاستيكية في كوناركا إلى 8.3%. pv-tech.org. تم الاسترجاع في 7 مايو 2011.
  134. ^ ماير، أ.؛ سكولي، س.؛ هاردين، ب.؛ رويل، م.؛ ماكجي، م. (2007). "الخلايا الشمسية القائمة على البوليمر". المواد اليوم . 10 (11): 28. doi : 10.1016/S1369-7021(07)70276-6 .
  135. ^ لونت، ر.ر؛ بولوفيتش، ف. (2011). "خلايا شمسية كهروضوئية عضوية شفافة قريبة من الأشعة تحت الحمراء لتطبيقات النوافذ وجمع الطاقة". رسائل الفيزياء التطبيقية . 98 (11): 113305. رمز Bibcode : 2011ApPhL..98k3305L. doi : 10.1063/1.3567516 . hdl : 1721.1/71948 .
  136. ^ رودولف، جون كولينز (20 أبريل 2011). "الخلايا الكهروضوئية الشفافة تحول النوافذ إلى ألواح شمسية". green.blogs.nytimes.com .
  137. ^ "علماء جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس يطورون خلية شمسية شفافة". Enviro-News.com. 24 يوليو 2012. مؤرشف من الأصل في 27 يوليو 2012.
  138. ^ Lunt, RR; Osedach, TP; Brown, PR; Rowehl, JA; Bulović, V. (2011). "Practical Roadmap and Limits to Nanostructured Photovoltaics". Advanced Materials . 23 (48): 5712–27. Bibcode :2011AdM....23.5712L. doi :10.1002/adma.201103404. hdl : 1721.1/80286 . PMID  22057647. S2CID  13511794.
  139. ^ لونت، ر.ر. (2012). "الحدود النظرية للخلايا الكهروضوئية الشفافة المرئية". رسائل الفيزياء التطبيقية . 101 (4): 043902. رمز Bibcode :2012ApPhL.101d3902L. doi :10.1063/1.4738896.
  140. ^ Guo, C.; Lin, YH; Witman, MD; Smith, KA; Wang, C.; Hexemer, A.; Strzalka, J.; Gomez, ED; Verduzco, R. (2013). "الخلايا الكهروضوئية من البوليمرات الكتلية المقترنة بكفاءة تقترب من 3% من خلال فصل الطور الدقيق". Nano Letters . 13 (6): 2957–63. Bibcode :2013NanoL..13.2957G. doi :10.1021/nl401420s. PMID  23687903.
  141. ^ "البوليمرات العضوية تخلق فئة جديدة من أجهزة الطاقة الشمسية". معهد كيرزويل للتسريع. 31 مايو 2013. تم الاسترجاع في 1 يونيو 2013 .
  142. ^ ab Bullis, Kevin (30 July 2014) قد تؤدي المواد التكيفية إلى خفض تكلفة الطاقة الشمسية إلى النصف. MIT Technology Review
  143. ^ كامبل، باتريك؛ جرين، مارتن أ. (فبراير 1987). "خصائص حبس الضوء للأسطح ذات الملمس الهرمي". مجلة الفيزياء التطبيقية . 62 (1): 243-249. رمز Bibcode :1987JAP....62..243C. doi :10.1063/1.339189.
  144. ^ تشاو، جيانهوا؛ وانج، أيهوا؛ جرين، مارتن أ. (مايو 1998). "خلايا شمسية من السيليكون متعدد البلورات وذو نسيج قرص العسل بكفاءة 19.8% وخلايا شمسية من السيليكون أحادي البلورات بنسبة 24.4%". رسائل الفيزياء التطبيقية . 73 (14): 1991–1993. رمز Bibcode :1998ApPhL..73.1991Z. doi :10.1063/1.122345.
  145. ^ هاوزر، هـ.؛ ميشيل، ب.؛ كوبلر، ف.؛ شوارزكوف، س.؛ مولر، س.؛ هيرمل، م.؛ بلاسي، ب. (2011). "طباعة النانو لنقش الخلايا العسلية للسيليكون متعدد البلورات". وقائع الطاقة . 8 : 648-653. رمز Bibcode : 2011EnPro...8..648H. doi : 10.1016/j.egypro.2011.06.196 .
  146. ^ Tucher, Nico; Eisenlohr, Johannes; Gebrewold, Habtamu; Kiefel, Peter; Höhn, Oliver; Hauser, Hubert; Goldschmidt, Jan Christoph; Bläsi, Benedikt (11 يوليو 2016). "المحاكاة البصرية للوحدات الكهروضوئية ذات الواجهات المتعددة الملمس باستخدام الصيغة القائمة على المصفوفة OPTOS". Optics Express . 24 (14): A1083–A1093. Bibcode :2016OExpr..24A1083T. doi : 10.1364/OE.24.0A1083 . PMID  27410896.
  147. ^ مافروكيفالوس، أناستاسيوس؛ هان، سانج إيون؛ يرجي، سيلكوك؛ برانهام، إم إس؛ تشن، جانج. (يونيو 2012). "احتجاز الضوء بكفاءة في الأغشية السليكونية البلورية الرقيقة ذات الشكل النانوي المقلوب لتطبيقات الخلايا الشمسية". رسائل نانو . 12 (6): 2792-2796. رمز Bibcode : 2012NanoL..12.2792M. doi : 10.1021/nl2045777. hdl : 1721.1/86899 . PMID  22612694. S2CID  18134294.
  148. ^ Jaus, J.; Pantar, H.; Eckert, J.; Duell, M.; Herfurth, H.; Doble, D. (2010). "إدارة الضوء لتقليل الظلال الناتجة عن القضبان الناقلة وخطوط الشبكة في الوحدات الكهروضوئية". مؤتمر IEEE الخامس والثلاثون للمتخصصين في الطاقة الكهروضوئية 2010. ص. 000979. doi :10.1109/PVSC.2010.5614568. ISBN 978-1-4244-5890-5. S2CID  30512545.
  149. ^ Mingareev, I.; Berlich, R.; Eichelkraut, TJ; Herfurth, H.; Heinemann, S.; Richardson, MC (6 يونيو 2011). "العناصر البصرية الحيودية المستخدمة لتعزيز كفاءة الوحدات الكهروضوئية". Optics Express . 19 (12): 11397–404. Bibcode :2011OExpr..1911397M. doi : 10.1364/OE.19.011397 . PMID  21716370.
  150. ^ Uematsu, T; Yazawa, Y; Miyamura, Y; Muramatsu, S; Ohtsuka, H; Tsutsui, K; Warabisako, T (1 مارس 2001). "وحدة كهروضوئية مركزة ثابتة مع مجموعة من المنشورات". مواد الطاقة الشمسية والخلايا الشمسية . PVSEC 11 – الجزء الثالث. 67 (1-4): 415-423. doi :10.1016/S0927-0248(00)00310-X.
  151. ^ ab Chen, Fu-hao; Pathreeker, Shreyas; Kaur, Jaspreet; Hosein, Ian D. (31 أكتوبر 2016). "زيادة التقاط الضوء في الخلايا الشمسية السليكونية باستخدام مواد تغليف تتضمن منشورات هوائية لتقليل خسائر التلامس المعدني". Optics Express . 24 (22): A1419–A1430. Bibcode :2016OExpr..24A1419C. doi : 10.1364/oe.24.0a1419 . PMID  27828526.
  152. ^ كوريش، عمر؛ جوردون، جيفري م؛ كاتز، يوجين أ؛ فويرمان، دانييل؛ أيزنبرج، نفتالي (1 أكتوبر 2007). "مكثفات دقيقة عازلة لتعزيز الكفاءة في الخلايا الشمسية المركزة". رسائل البصريات . 32 (19): 2789-91. رمز Bibcode :2007OptL...32.2789K. doi :10.1364/OL.32.002789. PMID  17909574.
  153. ^ حسين، إيان د.؛ لين، هاو؛ بونتي، ماثيو ر.؛ باسكر، دينيش ك.؛ سارافاناموتو، كالايشيلفي (3 نوفمبر 2013). تعزيز التقاط ضوء الطاقة الشمسية باستخدام شبكات الموجات الإرشادية متعددة الاتجاهات . ص. RM2D.2. doi :10.1364/OSE.2013.RM2D.2. ISBN 978-1-55752-986-2. {{cite book}}: |journal=تم تجاهله ( مساعدة )
  154. ^ بيريا، سعيد؛ تشين، فو هاو؛ باثريكر، شرياس؛ حسين، إيان د. (22 ديسمبر 2017). "مغلفات البوليمر التي تتضمن هياكل توجيه الضوء لزيادة تحويل الطاقة الضوئية في الخلايا الشمسية". المواد المتقدمة . 30 (8): 1705382. doi :10.1002/adma.201705382. PMID  29271510. S2CID  3368811.
  155. ^ بيريا، سعيد؛ تشين، فو هاو؛ حسين، إيان د. (2019). "تحسين تحويل الطاقة بزاوية عريضة باستخدام مصفوفات الموجات الموجهة القابلة للضبط الهيكلي كمواد تغليف للخلايا الشمسية السليكونية". Physica Status Solidi A. 216 ( 2): 1800716. Bibcode :2019PSSAR.21600716B. doi :10.1002/pssa.201800716. S2CID  125253775.
  156. ^ هوانغ، تشي يوان؛ لي، شين؛ محبوب، ميليكا؛ هانسون، كيري م؛ نيكولز، فاليري م؛ لي، هوانغ؛ تانغ، مينغ ل؛ باردين، كريستوفر ج. (12 أغسطس 2015). "تحويل الفوتون الجزيئي النانوي الهجين عبر الأشعة المرئية والأشعة تحت الحمراء القريبة" (PDF) . رسائل النانو . 15 (8): 5552-5557. رمز Bibcode : 2015NanoL..15.5552H. doi : 10.1021/acs.nanolett.5b02130 . PMID  26161875.
  157. ^ شومان، مارتن ف.؛ لانجنهورست، مالتي؛ سميتس، مايكل؛ دينج، كاينينج؛ بايتزولد، أولريش دبليو؛ فيجنر، مارتن (4 يوليو 2017). "إخفاء جميع الزوايا لأصابع الاتصال على الخلايا الشمسية بواسطة الأسطح الحرة الانكسارية". المواد البصرية المتقدمة . 5 (17): 1700164. doi :10.1002/adom.201700164. S2CID  102931532.
  158. ^ Langenhorst, Malte; Schumann, Martin F.; Paetel, Stefan; Schmager, Raphael; Lemmer, Uli; Richards, Bryce S.; Wegener, Martin; Paetzold, Ulrich W. (1 أغسطس 2018). "إخفاء خطوط التوصيل في وحدات الخلايا الكهروضوئية ذات الأغشية الرقيقة بطريقة حرة دون رؤية السطح". Solar Energy Materials and Solar Cells . 182 : 294–301. doi :10.1016/j.solmat.2018.03.034. S2CID  102944355.
  159. ^ American Associates, Ben-Gurion University of the Negev (9 ديسمبر 2019). "Researchers develop new method to remove dust on solar panels". جامعة بن جوريون في النقب . تم الاسترجاع في 3 يناير 2020 .
  160. ^ هيكينثالر، تابيا؛ سادوجان، سوميش؛ مورجينسترن، ياكوف؛ ناتاراجان، براكاش؛ باشوتي، محمد؛ كوفمان، يائير (3 ديسمبر 2019). "آلية التنظيف الذاتي: لماذا تعد الملمس النانوي وكراهية الماء أمرًا مهمًا". لانجموير . 35 (48): 15526-15534. doi :10.1021/acs.langmuir.9b01874. ISSN  0743-7463. PMID  31469282. S2CID  201673096.
  161. ^ "كيفية تنظيف الألواح الشمسية بدون ماء". MIT News | معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا . 11 مارس 2022. تم الاسترجاع 18 فبراير 2024 .
  162. ^ فيتزكي، هانز ج. وإبنث، هارولد (24 مايو 1983) براءة اختراع أمريكية رقم 4,385,102 ، "خلية ضوئية كبيرة المساحة"
  163. ^ Pv News November 2012. Greentech Media. تم الاسترجاع في 3 يونيو 2012.
  164. ^ "تقرير خاص عن سلاسل توريد الطاقة الشمسية الكهروضوئية العالمية" (PDF) . وكالة الطاقة الدولية . 2022.
  165. ^ بارانيوك، كريس. "كيف تعمل مزارع الطاقة الشمسية العملاقة في الصين على تحويل طاقة العالم". www.bbc.com . تم الاسترجاع في 24 أكتوبر 2019 .
  166. ^ "تقرير معهد اقتصاديات الطاقة والتحليل المالي: التطورات في مجال الطاقة الشمسية تعمل على تسريع التحول العالمي في توليد الكهرباء". معهد اقتصاديات الطاقة والتحليل المالي . 21 مايو 2018. تم الاسترجاع في 24 أكتوبر 2019 .
  167. ^ "نظرة سريعة على أسواق الطاقة الكهروضوئية العالمية لعام 2019" (PDF) . مؤرشف من الأصل (PDF) في 21 أبريل 2019.
  168. ^ abc "اتجاهات تطبيقات الطاقة الكهروضوئية 2023" (PDF) . وكالة الطاقة الدولية . 2023.
  169. ^ "تضاعفت سعة الطاقة الشمسية في المدن الأمريكية خلال السنوات الست الماضية". Yale E360 . تم استرجاعه في 24 أكتوبر 2019 .
  170. ^ انخفاض تكلفة الطاقة الشمسية الكهروضوئية (رسوم بيانية). CleanTechnica (7 مارس 2013). تم استرجاعه في 20 أبريل 2014.
  171. ^ انخفاض أسعار السيليكون يهز صناعة تصنيع الطاقة الشمسية أرشيف 20 ديسمبر 2013 على موقع واي باك مشين . داون تو إيرث (19 سبتمبر 2011). تم الاسترجاع في 20 أبريل 2014.
  172. ^ "سعر السيليكون حسب النوع في الولايات المتحدة 2018". Statista . تم الاسترجاع في 24 أكتوبر 2019 .
  173. ^ "كيف تتغير تكلفة الألواح الشمسية وكفاءتها بمرور الوقت | EnergySage". Solar News . 4 يوليو 2019 . تم الاسترجاع في 24 أكتوبر 2019 .
  174. ^ “Weltweite Solarenergiemärkte: Wachstum، Trends und Herausforderungen – Arbitrage Solar”. 2 نوفمبر 2023 . تم الاسترجاع في 2 نوفمبر 2023 .
  175. ^ هيرينجتون، ريتشارد (يونيو 2021). "استخراج مستقبلنا الأخضر". مجلة مراجعات الطبيعة . 6 (6): 456-458. رمز Bibcode :2021NatRM...6..456H. doi : 10.1038/s41578-021-00325-9 . ISSN  2058-8437. S2CID  235128115.
  176. ^ كيمب، ديانا؛ باينتون، نيك (4 نوفمبر 2021). "المزيد من الطاقة النظيفة يعني المزيد من المناجم - لا ينبغي لنا التضحية بالمجتمعات باسم العمل المناخي". المحادثة . تم الاسترجاع في 9 نوفمبر 2021 .
  177. ^ جوردان، ديرك سي؛ كورتز، سارة ر. (يونيو 2012). "معدلات تدهور الخلايا الكهروضوئية - مراجعة تحليلية" (PDF) . التقدم في الخلايا الكهروضوئية: البحث والتطبيقات . تم الاسترجاع في 6 مارس 2019 .
  178. ^ ما هي مدة بقاء الألواح الشمسية؟. CleanTechnica (4 فبراير 2019). تم استرجاعه في 6 مارس 2019.
  179. ^ إدارة نهاية العمر: الألواح الكهروضوئية الشمسية. الوكالة الدولية للطاقة المتجددة (يونيو 2016). تم الاسترجاع في 6 مارس 2019.
  180. ^ دوي، تاكويا؛ تسودا، إيزومي؛ أوناجيدا، هيرواكي؛ موراتا، أكينوبو؛ ساكوتا، كويتشي؛ كوروكاوا، كوسوكي (مارس 2001). "دراسة تجريبية حول إعادة تدوير وحدة الطاقة الكهروضوئية باستخدام طريقة المذيبات العضوية". مواد الطاقة الشمسية والخلايا الشمسية . 67 (1-4): 397-403. doi :10.1016/s0927-0248(00)00308-1. ISSN  0927-0248.
  181. ^ ياماشيتا، كاتسويا؛ ميازاوا، أكيرا؛ سانوميا، هيتوشي (2006). "البحث والتطوير في تقنيات معالجة إعادة التدوير وإعادة الاستخدام لوحدات الخلايا الكهروضوئية المصنوعة من السيليكون البلوري". مؤتمر معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات الرابع للطاقة الكهروضوئية 2006. IEEE. ص 2254-2257. doi :10.1109/wcpec.2006.279621. ISBN 1-4244-0016-3. S2CID  933430.
  182. ^ Micheli, Leonardo; Fernández, Eduardo F.; Muller, Matthew; Smestad, Greg P.; Almonacid, Florencia (August 2020). "اختيار الأطوال الموجية المثلى لنمذجة التلوث الضوئي والكشف عنه في الوحدات الكهروضوئية". مواد الطاقة الشمسية والخلايا الشمسية . 212 : 110539. arXiv : 2005.13020 . doi :10.1016/j.solmat.2020.110539. ISSN  0927-0248. S2CID  218900846.
  183. ^ Eberspacher, C.; Fthenakis, VM (1997). "التخلص من وحدات الطاقة الكهروضوئية التي انتهت صلاحيتها وإعادة تدويرها". سجل مؤتمر IEEE السادس والعشرين لأخصائيي الطاقة الكهروضوئية - 1997. IEEE. ص. 1067–1072. doi :10.1109/pvsc.1997.654272. ISBN 0-7803-3767-0. S2CID  118374147.
  184. ^ ab Rahman, Md Mokhlesur; Mateti, Srikanth; Sultana, Irin; Hou, Chunping; Falin, Alexey; Cizek, Pavel; Glushenkov, Alexey M.; Chen, Ying (5 مايو 2021). "السيليكون المعاد تدويره من الخلايا الكهروضوئية في نهاية العمر: مصدر مواد دائرية مستدامة للصناعات الإلكترونية". Advanced Energy and Sustainability Research . 2 (11). doi : 10.1002/aesr.202100081 . hdl : 10536/DRO/DU:30152718 . ISSN  2699-9412. S2CID  235568140.
  185. ^ كلوجمان-رادزيمسكا، إيوا؛ أوستروفسكي، بيوتر؛ درابشيك، كازيميرز؛ بانيك، بيوتر؛ سزكودو ، ماريك (ديسمبر 2010). "التحقق التجريبي من إعادة تدوير الخلايا الشمسية السيليكونية البلورية بالطرق الحرارية والكيميائية". مواد الطاقة الشمسية والخلايا الشمسية . 94 (12): 2275-2282. دوى :10.1016/j.solmat.2010.07.025. ISSN  0927-0248.
  186. ^ تاو، منغ؛ فثيناكيس، فاسيليس؛ إيبين، بوركاك؛ بتلر، إيفلين؛ سينها، باريخيت؛ كوركيش، ريتشارد؛ وامباك، كارستن؛ سيمون، إيثان (14 يونيو 2020). "التحديات والفرص الرئيسية في إعادة تدوير الألواح الشمسية السيليكونية". مؤتمر IEEE السابع والأربعون للمتخصصين في الطاقة الكهروضوئية (PVSC) لعام 2020. IEEE. ص. 0292-0294. doi :10.1109/pvsc45281.2020.9300650. ISBN 978-1-7281-6115-0. S2CID  230994749.
  187. ^ تاو، منغ؛ فثيناكيس، فاسيليس؛ إيبين، بوركاك؛ ستيناري، بريت ماري؛ بتلر، إيفلين؛ سينها، باريخيت؛ كوركيش، ريتشارد؛ وامباك، كارستن؛ سيمون، إيثان س. (22 يوليو 2020). "التحديات والفرص الرئيسية في إعادة تدوير وحدات الطاقة الشمسية السيليكونية". التقدم في الخلايا الكهروضوئية: البحث والتطبيقات . 28 (10): 1077-1088. doi :10.1002/pip.3316. ISSN  1062-7995. S2CID  225438845.
  188. ^ إذا كانت الألواح الشمسية نظيفة إلى هذا الحد، فلماذا تنتج هذا القدر الهائل من النفايات السامة؟. فوربس (23 مايو 2018). تم استرجاعه في 6 مارس 2019.
  189. ^ افتتاح أول مصنع أوروبي لإعادة تدوير الألواح الشمسية في فرنسا. رويترز (25 يونيو 2018). تم استرجاعه في 6 مارس 2019.
  190. ^ حلول إعادة تدوير الألواح الشمسية في أستراليا. تم الاسترجاع في 30 نوفمبر 2019.

فهرس

  • بيرلين، جون (1999). من الفضاء إلى الأرض: قصة الكهرباء الشمسية. إيرثسكان. ص 50. رقم ISBN 978-0-937948-14-9.
تحتوي ويكيميديا ​​كومنز على وسائط متعلقة بـ الخلايا الشمسية .
تحتوي ويكيميديا ​​كومنز على وسائط متعلقة بالخلية الشمسية.
  • حاسبات وموارد منارة الطاقة الكهروضوئية لعلماء ومهندسي الطاقة الكهروضوئية
  • أقراص مدمجة للطاقة الكهروضوئية على الإنترنت أرشيف 15 أبريل 2014 على موقع واي باك مشين
  • تقنيات تصنيع الخلايا الشمسية
  • مختبر الطاقة الشمسية في جامعة ساوثهامبتون
  • معلومات ناسا عن الطاقة الكهروضوئية
  • جرين، إم إيه؛ إيمري، كيه؛ هيشيكاوا، واي؛ وارتا، دبليو (2010). "جداول كفاءة الخلايا الشمسية (الإصدار 36)". التقدم في الخلايا الكهروضوئية: البحث والتطبيقات . 18 (5): 346. doi : 10.1002/pip.1021 .
  • "الطاقة الكهربائية من الشمس المنتجة بواسطة خلية ضوئية" مقالة في مجلة Popular Mechanics، يوليو 1931، تتناول أبحاثًا مختلفة أجريت في ثلاثينيات القرن العشرين حول الخلايا الشمسية
  • وونغ، ليديا ه.؛ زاكوتاييف، أندري؛ الرائد جوناثان د. الأماكن القريبة : والش، آرون. تودوروف، تيودور ك.؛ سوسيدو، إدغاردو (2019). “جداول كفاءة الخلايا الشمسية غير العضوية الناشئة (الإصدار 1)”. مجلة الفيزياء: الطاقة . 1 (3): 032001. بيب كود :2019JPEn....1c2001W. دوى : 10.1088/2515-7655/ab2338 . اتش دي ال : 10044/1/70500 . S2CID  250871748.
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=خلية_شمسية&oldid=1253945668"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate