هل تصبح خلايا التاندوم Perovskite–Silicon خيار الصناعة القادم؟

مقدمة

في سباق عالمي لتطوير الجيل التالي من الخلايا الشمسية عالية الكفاءة، أعلن معهد Fraunhofer ISE الألماني تحقيق تقدم نوعي قد يغيّر قواعد اللعبة. فقد نجح الباحثون في تصنيع خلية تاندوم بيروفسكايت–سيليكون تتجاوز كفاءتها 30.6%  باستخدام خلية TOPCon  قياسية كخلية سفلية—وهي خطوة طال انتظارها نحو تحويل تقنيات التاندوم من المختبر إلى خطوط الإنتاج الصناعية. هذا التطور لا يفتح الباب أمام كفاءات أعلى فحسب، بل يؤكد أيضاً أن حلول TOPCon   الأرخص والأكثر انتشارًا صناعيًا — يمكن أن تنافس أو حتى تحل محل خلايا HJT  في تطبيقات التاندوم.

لماذا يعد هذا الإنجاز مهمًا؟

تقنية التاندوم Perovskite–Silicon تُعتبر الجيل الجديد من الخلايا الشمسية، إذ تمنح كفاءات أعلى بكثير من الخلايا التقليدية. لكن التحدي الحقيقي كان دائمًا التوافق الصناعي—أي القدرة على دمج هذه التقنيات مع خطوط التصنيع الحالية دون زيادة التكلفة أو تعقيد العمليات.

نجاح فريق Fraunhofer ISE في دمج خلية TOPCon بنسيجها القياسي (textured front) ضمن تاندوم فعال يتجاوز 30% يمثّل:

• خطوة استراتيجية نحو إنتاج جماهيري منخفض التكلفة
• إثباتًا علميًا بأن TOPCon يمكن أن تحقق أداءً يماثل HJT داخل التاندوم
• تأكيدًا على قدرة الصناعة الحالية على احتضان التاندوم بدون تغييرات جذرية

ما الذي قدمه الباحثون؟ التصميم الجديد للخلية السفلية  TOPCon

اعتمد الفريق على تصميم متقدم لخلية TOPCon  مع:

• ملامسات تمريرية (Tunnel Oxide Passivating Contacts – TOPCon) بترسيب موضعي
• نسيج هرمي micrometer-scale texture على الوجه الأمامي — وهو معيار صناعة السيليكون
• تحسين مقاومة القصر (Shunt Resistivity) مقارنة بتصميمات سابقة
• معالجة حرارية في فرن عند 650°C لتحسين التمرير والتثبيت البنيوي
• دمج طبقات SiNx وAlOx-SiNy لتحسين التمرير وتقليل الفاقد السطحي

ورغم أن خلية TOPCon تواجه عادة تحديًا في الشونت المحلي مقارنة بخلايا  HJT، إلا أن النتائج أثبتت أن التباين لا يؤثر على أداء التاندوم النهائي.

كيف تم بناء خلية التاندوم؟ (البيروفسكايت العلوية)

تم دمج خلية TOPCon السفلية مع خلية بيروفسكايت علوية مكوّنة من:

• ITO substrate
• طبقة نقل ثقوب (HTL) من Me-4PACz
• طبقة البيروفسكايت النشطة
• طبقة نقل إلكترونات (ETL) C60
• طبقة تخميد SnOx
• طبقة مضادة للانعكاس MgF2
• جهة اتصال خلفية من الفضة Ag

هذه البنية تسمح بامتصاص واسع للطيف الشمسي عبر الطبقتين، مما يرفع الجهد الكهربي والقدرة بشكل ملحوظ.

خطوة نحو الإنتاج الصناعي: مستقبل ينتقل من المختبر إلى المصنع

يخطط الفريق لنقل التصميم إلى رقائق CZ silicon— المستخدمة بشكل واسع في الصناعة.

كما يعمل باحثون آخرون في Fraunhofer على تطوير تقنيات mask-and-plate metallization  التي قد تقلل من تكلفة تصنيع واجهات التوصيل الأمامية لخلايا التاندوم، وحققوا بالفعل خلية تاندوم بمساحة 1.21 سم² بكفاءة 19.35% — وهي الأعلى لهذه التقنية المحددة حتى الآن.

ماذا تعني هذه النتائج لمستقبل الطاقة الشمسية؟

✓  كفاءة أعلى بمحاذاة تكلفة أقل: TOPCon  تقنية ناضجة صناعيًا، وبدمجها مع البيروفسكايت يمكن الوصول إلى كفاءات أعلى بدون رفع تكلفة التصنيع.

✓  تعزيز القدرة التنافسية للتاندوم: بعد سنوات من الاعتماد على HJT، تثبت النتائج أن TOPCon منافس قوي وقد يكون أكثر جدوى اقتصاديًا.

✓  مسار واضح نحو الإنتاج الشامل: من المتوقع أن يصبح التاندوم التجاري متاحًا خلال 3–5 سنوات، مع دخول شركات كبرى في سباق التصنيع.

✓  فتح الباب أمام تطبيقات أكبر: من الأنظمة السكنية إلى محطات الطاقة، قد يصبح التاندوم هو المعيار العام القادم بفضل كفاءته العالية ومساحته المثلى.

الخلاصة: بداية عصر جديد لخلايا TOPCon في التاندوم

إنجاز Fraunhofer ISE يمثل علامة فارقة في تطوير تكنولوجيا التاندوم، ويضع الصناعة أمام خيار منطقي:
تكامل كفاءة البيروفسكايت مع نضج وتكلفة السيليكون  TOPCon

ومع استمرار تسارع الأبحاث، فإن خطوة الانتقال من المختبر إلى خطوط الإنتاج لم تعد بعيدة، بل أصبحت أقرب من أي وقت مضى.

📚  المصدر:

Brian Publicover, “Fraunhofer ISE achieves 30.6 % efficiency for perovskite-silicon tandem based on industry-standard bottom TOPCon cell,” pv magazine International, 4 ديسمبر 2025.
الرابط: https://www.pv-magazine.com/2025/12/04/fraunhofer-ise-achieves-30-6-efficiency-for-perovskite-silicon-tandem-based-on-industry-standard-bottom-topcon-cell/