هل تنقذ معاجين الفضة المحسّنة مستقبل خلايا TOPCon؟

في الوقت الذي تتزايد فيه التطلعات نحو خلايا TOPCon كخيار تكنولوجي واعد للطاقة الشمسية عالية الكفاءة، يبرز أحد التحديات التقنية الدقيقة: معاجين الفضة الموصلة، فبينما تساهم هذه المعاجين في تشكيل التلامسات الكهربائية الضرورية لأداء الخلية، إلا أن استقرارها الكيميائي وموثوقيتها تحت الظروف البيئية القاسية ما زالا محل تساؤل. يأتي الآن باحثون من الأكاديمية الصينية للعلوم ليقدموا حلاً مبتكرًا:  معاجين فضة مُحسّنة بعناصر الألمنيوم والغاليوم والحديد، تُظهر مقاومة استثنائية للتآكل وتُحافظ على الكفاءة.

خلايا TOPCon : مستقبل الطاقة الشمسية يبدأ من هنا

تقنية Tunnel Oxide Passivated Contact (TOPCon)  تُعدّ من أبرز تقنيات الخلايا الشمسية الكهروضوئية في العالم حاليًا، لما تتميز به من كفاءة تحويل مرتفعة وإمكانية توافقها مع خطوط إنتاج الخلايا السيليكونية التقليدية. ومع تزايد الإنتاج التجاري، تصبح التحديات المرتبطة بموثوقية المكونات الثانوية، مثل معاجين الفضة، أكثر أهمية من أي وقت مضى.

تقنية LECO : الليزر يعيد تعريف التلامسات المعدنية

في محاولة لتحسين جودة التلامس الكهربائي دون التضحية بالكفاءة، ظهرت تقنية LECO – Laser-Enhanced Contact Optimization، وهي تعتمد على مسح شعاع ليزر مركز عبر الخلية تحت جهد عكسي. هذه العملية تؤدي إلى تكوين تلامس نشط يُعرف بـ “التيار المفعل ” (CFC)يُخفض من المقاومة التلامسية ويُحسن الأداء الحراري للخلايا، إلا أن نجاح هذه التقنية يعتمد بدرجة كبيرة على مدى توافق معاجين الفضة معها كيميائيًا وحراريًا.

المعاجين التقليدية: أداء جيد… لكن الاستقرار في خطر

المعاجين التقليدية، خاصة تلك القائمة على مزيج الفضة والزجاج  Pb-Si، قد تحقق أداءً كهربائيًا مرضيًا في البداية، إلا أنها تُظهر هشاشة عند التعرض للظروف البيئية القاسية مثل الرطوبة العالية أو درجات الحرارة المرتفعة، خاصة عند استخدام مواد تغليف منخفضة التكلفة مثل  EVA
ويعود السبب الأساسي إلى ضعف الاستقرار الكيميائي لمكوّن PbO في تركيبة frit الزجاجي المستخدم في هذه المعاجين.

ثلاثي المعادن Al/Ga/Fe : التعديل الذكي يبدأ من الزجاج

أجرى الفريق البحثي تطويرًا نوعيًا على frit الزجاجي داخل معجون الفضة عبر إدخال عناصر الألمنيوم (Al)، الغاليوم  (Ga)، والحديد  (Fe)، وأنتج ثلاث صيغ جديدة : AlG، GaG، وFeG
تم اختبار هذه المعاجين باستخدام اختبار حمض الأسيتيك، وهو اختبار معتمد عالميًا لتقييم مقاومة التآكل الكيميائي في الخلايا الشمسية. وكانت النتائج ملفتة.

نتائج لافتة: كفاءة أعلى ومتانة ضد الأحماض

أثبتت المعاجين المحسّنة مقاومة واضحة للتآكل الحمضي. ووفق الدراسة:

• انخفضت خسائر الكفاءة الكهروضوئية إلى أقل من 10%، وفي بعض الحالات إلى 5%  فقط بعد التعرض لحمض الأسيتيك.
• في المقابل، المعاجين التقليدية غير المعززة تكبدت خسائر تجاوزت 50% في نفس الاختبار.
• لم تؤثر الإضافات المعدنية سلبًا على الكفاءة الابتدائية، مما يُعزز جدوى تبني هذه التركيبات في بيئة التصنيع التجاري.

الفضل في هذا الأداء يعود إلى تعزيز استقرار PbO داخل frit الزجاجي بفضل العناصر المضافة، مما حافظ على التصاق الأقطاب بسطح السيليكون رغم الظروف القاسية.

من المختبر إلى المصنع: فرص التصنيع والاستدامة

تُظهر الدراسة أن هذه المعاجين المُعدلة يمكن إنتاجها ضمن العمليات الصناعية القائمة، مع توافقها مع تقنية LECO  الحديثة، هذا يعزز إمكانيات:

• رفع عمر وحدات الطاقة الشمسية في البيئات الرطبة أو الصناعية
• خفض تكاليف الصيانة المرتبطة بالتآكل أو فقدان التلامس
• تعزيز استدامة وحدات TOPCon دون المساس بالأداء أو الكفاءة

استنتاجات: خطوة نحو خلايا شمسية أكثر موثوقية وأقل تكلفة

تكشف هذه الدراسة عن بعد جديد في تصميم المواد المستخدمة في تصنيع الخلايا الشمسية، حيث يمكن لعناصر دقيقة في تركيبة الزجاج أن تُحدث فرقًا جوهريًا في الأداء والموثوقية. المعاجين المحسّنة بـ Al و Ga وFe لا تمثل مجرد تعديل كيميائي، بل منهجية جديدة في التفكير نحو الاستدامة والفعالية الاقتصادية في تكنولوجيا الطاقة الشمسية.

📚 المصدر:

نُشرت الدراسة في مجلة Solar Energy Materials and Solar Cells، إحدى المجلات العلمية الرائدة في أبحاث الخلايا الشمسية ومواد الطاقة. تحمل الدراسة رقم المجلد 292 والمقال 113776 لعام 2025، وتتوفر عبر الرابط