BSC – الخلايا الشمسية ثنائية الوجه: تاريخ الخلية الشمسية ثنائية الوجه أو ذات السطحين

تم تسجيل براءة اختراع خلية شمسية من السيليكون لأول مرة في عام 1946 بواسطة راسل أوهل أثناء عمله في مختبرات بيل، وتم عرضها علنًا في عام 1954 بواسطة فولر وشابين وبيرسون في نفس المؤسسة البحثية؛ ومع ذلك، كانت هذه المقترحات المبكرة عبارة عن خلايا أحادية الوجه، والتي لم يكن من المفترض أن يكون الجزء الخلفي منها نشطًا.

يمكن العثور على أول خلية شمسية ثنائية الوجه مقترحة نظريًا في براءة اختراع يابانية مؤرخة في 4 أكتوبر 1960، من قِبَل هيروشي موري، الذي كان يعمل لدى شركة هاياكاوا دينكي كوجيو كابوشيكي كايشا (شركة هاياكاوا للصناعات الكهربائية المحدودة)، والتي أصبحت فيما بعد شركة شارب. كانت الخلية المقترحة عبارة عن بنية ثنائية الوجه من نوع pnp مع أقطاب تلامس على حافتين متقابلتين.

أُجريت أولى التجارب على الخلايا والألواح الشمسية ثنائية الوجه ضمن برنامج الفضاء السوفيتي على متن محطتي الفضاء العسكريتين ساليوت 3 (1974) وساليوت 5 (1976) في المدار الأرضي المنخفض. طُوّرت هذه الخلايا الشمسية ثنائية الوجه وصُنعت على يد بوردينا وآخرين في معهد VNIIT (معهد الاتحاد السوفيتي للأبحاث العلمية لمصادر الطاقة) في موسكو، والذي أصبح فيما بعد شركة KVANT الروسية لتصنيع الخلايا الشمسية عام 1975. في عام 1974، قدّم هذا الفريق طلب براءة اختراع أمريكية يقترح فيها تصميم الخلايا على شكل أنابيب متوازية صغيرة بأبعاد قصوى تبلغ 1 مم × 1 مم × 1 مم، موصولة على التوالي لتحقيق كثافة 100 خلية/سم². وكما هو الحال في الخلايا الشمسية ثنائية الوجه الحالية، اقترحوا استخدام مركبات pp+ متماثلة التركيب بالقرب من أحد أسطح استقبال الضوء. في مهمة ساليوت 3، أظهرت الألواح التجريبية الصغيرة، التي تبلغ مساحة خلاياها الإجمالية 24 سم²، زيادة في إنتاج الطاقة لكل مدار قمري تصل إلى 34% مقارنةً بالألواح أحادية الوجه المستخدمة آنذاك، وذلك بفضل انعكاسية الأرض. وخلال رحلة محطة الفضاء ساليوت 5، لوحظت زيادة تتراوح بين 17 و45% باستخدام الألواح ثنائية الوجه (0.48 م² - 40 واط).

بالتوازي مع هذا البحث الروسي، وعلى الجانب الآخر من الستار الحديدي، كان مختبر أشباه الموصلات التابع لكلية هندسة الاتصالات في جامعة مدريد التقنية، تحت إشراف البروفيسور أنطونيو لوكي، يُجري بشكل مستقل برنامجًا بحثيًا شاملًا لتطوير خلايا شمسية ثنائية الوجه قابلة للتطبيق صناعيًا. وبينما استندت براءة اختراع موري ونماذج المركبة الفضائية VNIIT-KVANT إلى خلايا صغيرة بدون شبكة معدنية على سطحها، وبالتالي كانت مترابطة بشكل معقد، على غرار الأجهزة الإلكترونية الدقيقة في بداياتها آنذاك، سجّل لوكي براءتي اختراع إسبانيتين عامي 1976 و1977، وبراءة اختراع واحدة في الولايات المتحدة عام 1977، والتي مثّلت مقدمة للخلايا ثنائية الوجه الحديثة. وكانت براءات اختراع لوكي أول من اقترح خلايا شمسية ثنائية الوجه بخلية واحدة لكل رقاقة سيليكون، كما كان الحال مع الخلايا أحادية الوجه في ذلك الوقت، ولا يزال كذلك حتى اليوم، مع وجود شبكات معدنية على كلا السطحين. وقد تناولت هذه البراءات كلاً من بنيتي npp+ وpnp.

تم تطوير الخلايا الشمسية ذات السطح الخلفي (BSCs) في مختبر أشباه الموصلات وفق منهجية ثلاثية المحاور، أسفرت عن ثلاث أطروحات دكتوراه لكل من أندريس كويفاس (1980)، وخافيير إيغورين (1981)، وخيسوس سانغرادور (1982). أشرف لوكي على الأطروحتين الأوليين، بينما أشرف الدكتور غابرييل سالا من المجموعة نفسها على الثالثة. تناولت أطروحة كويفاس بناء أول براءة اختراع للوكي عام 1976، والتي سُميت "الخلية المتحولة" نظرًا لبنيتها الشبيهة بالترانزستور من نوع npn. أما أطروحة إيغورين، فركزت على إثبات صحة براءة اختراع لوكي الثانية عام 1977، والتي تميزت بنمط تطعيم npp+ حيث يقع وصل نظائر pp+ بجوار السطح الخلفي للخلية، مما يُنشئ ما يُعرف في تكنولوجيا الخلايا الشمسية بـ"مجال السطح الخلفي" (BSF). وقد أدى هذا العمل إلى نشر العديد من الأبحاث والحصول على براءات اختراع إضافية. على وجه الخصوص، كان التأثير الإيجابي لتقليل التشويب من النوع p في القاعدة كبيرًا، حيث تم تعويض انخفاض الجهد عند وصلة الباعث (الوصلة الأمامية pn) بزيادة الجهد عند الوصلة الخلفية المتماثلة، مع السماح في الوقت نفسه بطول انتشار أكبر لحاملات الشحنة الأقلية، مما يزيد من خرج التيار تحت الإضاءة ثنائية الوجه. في أطروحة سانغرادور ونهجه التطويري الثالث في جامعة مدريد التقنية، تم اقتراح ما يسمى بالخلية الشمسية متعددة الوصلات ذات الإضاءة الجانبية العمودية، حيث يتم تكديس خلايا p+nn+ وتوصيلها على التوالي وإضاءتها من حوافها. هذه خلايا عالية الجهد لا تتطلب شبكة معدنية سطحية لتوليد التيار.

في عام 1979، تحوّل مختبر أشباه الموصلات إلى معهد الطاقة الشمسية (IES-UPM)، الذي واصل، بقيادة لوكي كأول مدير له، أبحاثًا مكثفة حول الخلايا الشمسية ثنائية الوجه حتى العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. فعلى سبيل المثال، في عام 1994، قام طالبان برازيليان في مرحلة الدكتوراه في معهد الطاقة الشمسية، وهما أدريانو موهليكي وإيزيت زانيسكو، بالتعاون مع لوكي، بتطوير وإنتاج خلية شمسية ثنائية الوجه حققت كفاءة بلغت 18.1% على الوجه الأمامي و19.1% على الوجه الخلفي؛ وهو رقم قياسي للخلايا ثنائية الوجه بلغ 103% (في ذلك الوقت، كان الرقم القياسي لكفاءة الخلايا أحادية الوجه أقل بقليل من 22%).

 

 

• تخطيط الخلايا الكهروضوئية للمستودعات والقاعات التجارية والقاعات الصناعية
• المنشأة الصناعية: خطط لنظام الهواء الطلق الكهروضوئي أو نظام الفضاء المفتوح
• تخطيط أنظمة الطاقة الشمسية باستخدام الحلول الكهروضوئية للشحن والخدمات اللوجستية التعاقدية
• أنظمة الطاقة الشمسية B2B والحلول الكهروضوئية والمشورة

• بناء وتخطيط مرآب للطاقة الشمسية

نصيحة حول وحدة الطاقة الشمسية مع Xpert.Solar - مساعدة ونصائح حول وحدة الطاقة الشمسية الصحيحة والمناسبة

سأكون سعيدًا بالعمل كمستشار شخصي لك.

يمكنك الاتصال بي عن طريق ملء نموذج الاتصال أدناه أو ببساطة اتصل بي على +49 89 89 674 804  .

إنني أتطلع إلى مشروعنا المشترك.

 

 

Xpert.Digital – Konrad Wolfenstein

تعد Xpert.Digital مركزًا للصناعة مع التركيز على الرقمنة والهندسة الميكانيكية والخدمات اللوجستية/اللوجستية الداخلية والخلايا الكهروضوئية.

من خلال حل تطوير الأعمال الشامل الذي نقدمه، فإننا ندعم الشركات المعروفة بدءًا من الأعمال الجديدة وحتى خدمات ما بعد البيع.

تعد معلومات السوق والتسويق وأتمتة التسويق وتطوير المحتوى والعلاقات العامة والحملات البريدية ووسائل التواصل الاجتماعي المخصصة ورعاية العملاء المحتملين جزءًا من أدواتنا الرقمية.

يمكنك معرفة المزيد على: www.xpert.digital - www.xpert.solar - www.xpert.plus