الشفافية في الخلايا الشمسية الترادفية

الشفافية ليست مجرد تفصيل… بل مفتاح الأداء الكلي

كشفت أبحاث حديثة أن الشفافية في الخلية العليا لأنظمة الخلايا الشمسية الترادفية – خصوصًا بيروفسكايت-سيليكون – تلعب دورًا حاسمًا في الأداء العام للجهاز، بل تؤثر حتى على كفاءة الخلية العليا نفسها.
وأكدت الباحثة د. مارتينا شميت من جامعة دويسبورغ-إيسن الألمانية: “الشفافية غالبًا ما تُهمَل، لكنها عنصر جوهري في أي تصميم ترادفي فعال، خاصة في التوصيلات ذات الطرفين حيث تتطلب المطابقة في التيار.”

قاعدة ذهبية لتصميم خلايا ترادفية فعالة

تشير الدراسة إلى أن الخلية العليا يجب أن تحقق كفاءة أحادية عالية لتعويض انخفاض الشفافية. فكلما قلت قدرة الخلية العليا على تمرير الضوء إلى الخلية السفلية، زاد العبء عليها لتعويض هذا النقص.
قاعدة عامة:

• إذا بلغت شفافية الخلية العليا 100% للفوتونات دون فجوة الطاقة الخاصة بها، وُزعت طاقة الطيف الشمسي بالتساوي، فإن الكفاءة المطلوبة للخلية العليا يجب ألا تقل عن 50% من كفاءة الخلية السفلية.
• وإذا انخفضت الشفافية إلى 35%، فالكفاءة المطلوبة ترتفع إلى 85% حتى تتفوق على أداء الخلية السفلية وحدها بنسبة 30%.

 الحل في تقسيم الطيف الضوئي… ليس فقط في تحسين الشفافية

تقول شميت إن محاولة تحسين الشفافية وحدها قد تكون غير مجدية عمليًا، وتدعو إلى حلول مبتكرة مثل:

• تقنيات تقسيم الطيف  (Spectrum Splitting)، التي توزع الأطوال الموجية بين الخليتين بطريقة ذكية.
• تركيز الضوء (Light Concentration) لتعويض محدودية المواد.
• التشغيل ثنائي الاتجاه  (Bifacial Operation)، وهو أمر بات ممكنًا مع انتشار الألواح ثنائية الوجه.

الشفافية تتأثر بعدة عوامل

لا تتوقف خسائر الشفافية عند طبقة الامتصاص فحسب. تشير الدراسة إلى أن:

• طبقات التوصيل (Contact Layers) قد تكون مصدرًا رئيسيًا لامتصاص غير مرغوب فيه.
• تحسين التوازن بين التوصيل الكهربائي والشفافية البصرية ضروري.
• التصميمات متعددة الطبقات الدقيقة قد تتيح مزيدًا من التحكم في انتشار الضوء داخل الخلية.

نحو خلايا ترادفية ثلاثية الأطراف وأكثر تكيفًا

الدراسة تقترح استكشاف مفاهيم مبتكرة مثل:

• التوصيل اللمّاع  (Luminescent Coupling)
• العاكسات الانتقائية طيفيًا
• التصميمات ثلاثية الأطراف مع التركيز وتقسيم الطيف

تقول شميت : “خلايا التركيز الترادفية ثنائية الاتجاه، ضمن تصميم ثلاثي الأطراف مع تقسيم طيفي، تمثل مسارًا واعدًا للمستقبل.”

📚  المصدر:
يعتمد هذا المقال على الورقة البحثية التالية:
Martina Schmid (2025). Heuristic Rule of Thumb for Tandem Solar Cells and Perspectives for the Future.
Solar RRL, Wiley Online Library.
🔗 رابط الدراسة من هنا