تم حل لغز علمي في تقنية الألواح الشمسية حير العلماء لأكثر من 20 عاما

مجموعة من الألواح الشمسية مصنوعة من الكادميوم تيلورايد (CdTe)

نعلم جميعًا أن الألواح الشمسية المصنوعة من السيليكون هي التقنية الأكثر استخدامًا في أسواق الطاقة الشمسية الكهروضوئية و مع ذلك تعتبر عملية تصنيعها مكلفة من ناحية استهلاك الوقود مما يجعلها باهظة الثمن إلى حد ما.

ولهذا يبحث العلماء على بدائل لخفض تكلفة التصنيع للألواح الشمسية واستخدام عناصر رئيسية غير السيلكون ولهذا بدأ العلماء باستخدام التيلورايد الكادميوم (CdTe) لتصنيع الألواح الشمسية منذ وقت طويل وتطورت التقنية وزاد حجم استخدام وتركيب هذه الألواح الشمسية والذي وصل لقرابة 25 جيجاوات.

و بالرغم أن تصنيع الألواح الشمسية من تيلورايد الكادميوم منخفض التلكفة حيث يستهلك نصف الوقود المستهلك في تصنيع ألواح السيليكون وكذلك يمكن ضمان إعادة تدويره في نهاية العمر الافتراضي إلا أن الكفاءة مازالت منخفضة ولهذا يتطلع العلماء لتطوير تقنيات مختلفة لرفع كفاءة هذا النوع من الألواح.

“يتم تصميم هذه الخلايا من طبقة تيلوريد الكادميوم CdTe حيث تقوم بدور اشباه الموصل من النوع p  وتكون ملتحمة بطبقة من سلفيد الكادميوم CdS وهو مادة شبه موصلة أيضا من نوع n”

عادة يمتلك CdTe الغير المعالجة كفاءة منخفضة جدًا وعادة ما تكون حوالي 1 ٪ فقط. ولكنه عندما يتم معالجة عنصر  تيلورايد الكادميوم بالكلور مع كلوريد الكادميوم عند 420 درجة مئوية لمدة 20 دقيقة فإن كفاءة تقفز بشكل كبيرلتسجل 22٪. منذ وقت طويل لم يستطيع العلماء معرفة لماذا يحسن الكلور الكفاءة بشكل جذري لهذا النوع من الألواح الشمسية؟

ولكن باحثون من المملكة المتحدة من جامعة Loughborough استطاعوا اكتشاف هذا السر والذي حير العلماء لفترة طويلة وذلك بفهم كيفية تعزيز الكلور للأداء الكهربائي لتيلورايد الكادميوم. حيث وجدوا أن هناك مناطق في التركيب البلوري هي المسؤولة عن ضعف كفاءة الخلية حيث تتحد البلورات في جهات مختلفة تعمل بمثابة مصائد للإلكترونات مما يسبب ضعف كفاءة الخلية.

كشف هذا السر سيحدث ثورة علمية في التصنيع وسيمكن العلماء من تطوير خواص هذه المادة مما سيسهل من تحقيق كفاءة أعلى تتجاوز (> 25٪). هذا من شأنه أن يساعد في تقليل كلفة إنتاج الكهرباء من الألواح الشمسية المصنعة من CdTe بل وقد يجعلها منافس جيد للألواح المصنوعة من السيليكون. بالرغم من أن المخاوف مازالت مستمرة حول سمية هذا العنصر والخطورات التي قد يشكلها.

رابط المقالة العلمية

Chlorine activated stacking fault removal mechanism in thin-film CdTe solar cells: the missing piece