شكل (36-3): عند اتحاد أشباه موصلات من نوع « و « فان مناطق الطاقة المختلفة لهما
تتحد وبذلك يتكون توزيع طاقة جديد
شكل (30-3): .في منطقة الاتصل تقوم فوتونات الضوء بتهّيج الالكترونات وانتقالها من منطقة
إلى منطقة التوصيل فتتدحرج الالكترونات الى منطقة («) وتطفو الثقوب
إلى منطقة (م)
دائرة خارجية لمرور التيار فيها فإن الإلكترونات المتحركة تترك شبه الموصل إلى أحد
الأسلاك الخارجية في أعلى الخلية وفي نفس الوقت تتجه الثقوب إلى اتجاه معاكس خلال
المادة إلى أن تصل إلى السلك الخارجي الآخر في قاع الخلية ؛ وعندها ستمتلئ بواسطة
الإلكترونات الداخلة في نصف الدائرة الخارجية الآخر .

إن توليد القوة الكهربائية يتطلب وجود فولتية وتيار ؛ ولهذا فإنه لإنتاج قوة كهربائية على
؛ بالإضافة إلى التيار المجهز بواسطة حركة الإلكترونات . أما
الفولتية فتجهز بواسطة تأثير المجال الكهربائي الداخلي حول منطقة الاتصال م
5 أمبير ؛ وهذا يعادل طاقة عظمى تصل إلى 1.25 واط . ويمكن لبعض الخلايا إن
تيار أكبر وفولتيّة أعلى اعتماداً على نوعية التصميم
3 الخصائص الكهربائية للخلايا والألواح الشمسية السليكونية
أبسط تعريف لخلية شمسية ذات مساحة مقدارها 100.0 سنتمتر مربع هو أنها بطارية
شمسية تقوم بإنتاج فوا
الشمسي يصل إلى مقدار يتراوح بين 2.5-3.0 أمبيرفي حالة الإشعاع الشمسي الأقصى .
وقبل استخدام الخلية الشمسية 01010101 يجب التأكد من سلوكها عند ربطها إلى حمل
معين. والشكل (4-3) يبين خلية شمسية مساحتها 100 سنتمتر مربع مربوطة إلى مقاومة
ة () بالإضافة إلى ربط جهازي الأميتر لقياس التيار والفولتميتر لقياس فرق الجهد
أو الفولتيّة . (عادة يتم قياس أداء الخلية تحت ظروف قياسية ؛ وهي إشعاع شمسي مقداره
0 واط في المتر المربع ودرجة حرارة 25 درجة مئوية) . وعندما تكون المقاومة
غير محدودة (ما لا نهاية) يكون التيار (() في الدائرة صفراً ويكون فرق الجهد () أعلى
الحالة المعاكسة تماماً ؛ أي عندما تكون المقاومة صفراً وتكون الخلية كدائرة مغلقة ‎٠‏ فإن
مقدارها نصف فولط (0.57) وتيار يتناسب مع شدة الإشعاع
(©1 . وإذا قمنا بتغير المقاومة بين الصفر والمالا نهاية فإن التيار والفولتية سيتغيران كما
في الشكل (5-3) والذي يسمى منحنى خصائص الفولتية والتيار (6©8:ن© 1-7 . ويمكن بعد
النظر إلى المنحنى الاستنتاج بأن الخلية تنتج طاقتها القصوى (201:80 140:00 عندما
يتم تغيير المقاومة الخارجية حتى تكون قيمتها مساوية لنقطة الطاقة العظمى ه01
(20101 ©2036 على المنحنى . وعندما يكون الإشعاع الشمسي أقل من 1000 واط بالمتر
المربع فإن شكل المنحنى يكون مشابهاً للمنحنى الأول ولكن المساحة تحت المنحنى ستكون
أقل ونقطة الطاقة الع تتحرك إلى اليسار . إن تيار الدائرة المفتوحة .1 يتناد
طردياً مع زيادة درجة حرارة الخلية 7 (7ى:1 .

شكل (5-3): منحنى خصائص الفولتيّة والتيار لخلية سلكونية تحت الظروف الاعتيادية

ويمكن أن نستنتج من النظر إلى الشكل (5-3) بأن خلية ذات مساحة 100 سنتمتر مربع
أمبير. وبما أن معظم تطبيقات الخلايا الشمسية تقوم بشحن بطارية ذات 12 فولط فإن
بعض أنواع الخلايا الفولطاضوئية
الخلايا السلكونية أحادية البلورية
معظم الخلايا الفولطاضوئية المصنعة لغاية فترة قريبة كانت من سليكون نقي ذي هيكل
مستمر أحادي البلورية (تمتور© ع1ع:5) وبدون شوائب («عنا:م1). والسليكون
أحادي البلورية يصنع عادة من حبوب صغيرة من البلور مسحوبة ببطء من كتلة مذابة
من سليكون متعدد البلورية بطريقة متقدمة وغالية الثمن تدعى بعملية زوجرالسكي
(200855 10:ل02000) طورت خصيصاً للصناعة الإلكترونية . والخطوات الكاملة
لإنتاج الخلية السلكونية الأحادية البلورية واللوح الشمسي مبيئة في الشكل (6-3) .
ومعظم الخلايا السلكونية الأحادية البلورية المتوفرة في الأسواق ذات كفاءة
البلورية فإن سعرها مرتفع جداً لكونها مصنوعة من سليكون متعدد البلورية وعالي
النقاوة لكون طريقة التصنيع غالية وتحتاج إلى عمال مهرة . ويتم حالياً تصنيع بعض
الخلايا من سليكون أقل نقاوة ؛ وهذه الخلايا تكون أرخص سعراً وتنتج بكلفة أرخصض
باستخدام عمليات مختلفة قليلة الكلفة ولكنها ذات كفاءة أقل وعمر زمني أقل .
لقد تم خلال العشرين سنة الماضية تطوير طرق مختلفة لتقليل كلفة تصنيع الخلية
الشمسية والألواح . من هذه الطرق تنمية السليكون على هيئة رقيقة أو شريط من:ا1)
1:0 أو استخدام سليكون متعدد البلورية بدلا من أحادي البلورية مدنتتفور01ط)
(5:1000 أو استخدام مواد أخرى مثل الغاليوم ارستايد (موتوعوعه «صنتللة6) أو تصنيع
خلايا غير بلورية كالخلايا السليكونية العشوائية (زوعئتات5 مننمنابو0هم) -

شكل (6-3): خطوات إنتاج خلية سلكونية أحادية البلورية ولوح شمسي

الخلايا السلكونية الشريطية
يتم في هذه الطريقة إنتاج شريط من السليكون الأحادي البلورية من سليكون متعدد
البلورية أو من سليكون بلوري أحادي مذاب . والعملية الرئيسية المستخدمة تعتمد على
تحديد الحافة وعملية إنماء تغذية الرَقَيقةً (ممععمعم التتميع 1 -صل5 ,6-065080ع50))
وقدتم استخدامها من قبل شركة سولار موبيل الأمريكية (13100(1 ع10ه5) . ويبين
الشكل (7-3) خطوات عملية إنتاج هذه الخلايا .
شكل (7-3): خطوات إنتاج خلية سلكونيه شريطية
الخلايا السلكونية المتعددة البلورية
يتكون السليكون المتعدد البلورية (ملان0 600نل5 08:الة005ر01) من حبيبات صغيرة
من البلور الأحادي . ويمكن إنتاج طبقة رقيقة من السليكون المتعدد البلورية بعدة طرق
أحدها يتضمن تكوين سبيكة من السليكون المتعدد البلورية المذاب ؛ ومن ثم يتم تقطيع
السبيكة بمنشار رقيق إلى رقائق مربعة خفيفة كما هو مبين بالشكل (8-3)؛ ويتم بعد
ذلك تصنيعها بنفس طريقة تصنيع السليكون الأحادي البلورية .

شكل (8-3): سبيكة سليكونية كبيرة ورقائق مربعة خفيا
إلا أنها أقل كفاءة وذلك لكون حاملات الشحنة (كالالكترونات والثقوب) المولدة من قبل
فوتونات الإشعاع الشمسي يمكن أن تتجمع على الحدود بين الحبيبات داخل السليكون
المتعدد البلورية . وقد وجد بأنه عند عملية تصنيع المادة بطريقة تكون فيها الحبيبات
الحجم ويتم توجيهها من الأعلى إلى الأسفل ؛ وذلك للسماح للإشعاع الث
بالتغلغل بعمق خلال الحبيبات ؛ فإن كفاءة هذه الخلايا تتحسن . والألواح السليكونية
المتعددة البلورية والمتوفرة في الأسواق الحالية تصل إلى كفاءة مقدارها 1096 أو أكثر
بقليل . ولامتصاص معظم الإشعاع الشمسي الساقط يجب أن يكون سمك الخلية
السليكونية المتعددة البلورية عدة مئات من المايكرونات (واحد على المليون) ؛ ولكن
إحدى الشركات الأمريكية (©10 +0088 5070ح) أثبتت بأنه يمكن استخدام تقنيات مختلفة
لالتقاط الإشعاع الشمسي ؛ وبهذا يمكن أن يكون سمك الخلية ما يقارب 20 مايكروناء
وقد تصل كفاءة هذه الصفائح الرقيقة إلى حوالي 1596. وبالرغم من كون هذه الصفائح
جداً إلا أنها أكثر سمكاً من الصفائح المستخدمة في بعض الخلايا الأخرى كالخلية
نصب محطة في منطقة ديفز («»:0) بولاية كاليفورنيا ذات قدرة مقدارها 18 كيلوواط

السليكون ليس المادة الوحيدة الملائمة للاستخدام في تصنيع الخلايا الكهروضوئية؛
تمتلك هيكلا بلورياً مشابهاً للسليكون ؛ وهي تتكون من ذرات متعاقبة من الغاليوم
والأرسنايد . ولكونها ذات معامل امتصاص عال للضوء فإنها ملائمة جداً للاستخدام في
تطبيقات الخلايا الشمسية ؛ وهي تتمتع بكفاءة جيدة ؛ ويمكن أن تعمل تحت ظروف
درجة حرارة عالية نوعا ما بدون تناقص في أدائها كالخلايا السليكونية وبعض أشباه
الموصلات التي تعاني من هذه المشكلة . وبهذه المواصفات يمكن استخدام خلايا
يجب معرفتها هي أن كلفة تصنيع هذه الخلايا أعلى من كلفة تصنيع الخلايا السليكونية
خلايا ذات كفاءة عالية كما هو الحال في تطبيقات الفضاء . وقد استخدمت أيضاً في
تشغيل سيارة أنتجتها شركة جنرال موتورز أطلق عليها إسم صن ريسير (:8006 0ن5)
وفازت عام 1987 بسباق عالمي للسيارات المسيرة بالطاقة الشمسية عندما قطعت مسافة
0 كيلو متر بسرعة 66 كيلو متر في الساعة .
الخلية السليكونية العشوائية زقلا موعتلتق كلمطبمسد)
يمكن تصنيع الخلايا الشمسية بطريقة أرخص من طرق تصنيع الخلايا البلورية
ذرة ارتباطاً كاملاً مع الذرات المجاورة وإنما تتقرك ما يسمى بالرباط المتدلي
(33005 ع«ناع080) وتستطيع امتصاص إلكترونات إضافية عند إجراء عملية الطلاء .
وعملية التصنيع تتم بواسطة خليط من غاز يحتوي على السليكون والهيدروجين (ي11ن5)
تكون طبقة رقيقة من السليكون العشوائي على قاعدة من مادة مناسبة كالفولاذ المرن
((586 5قعاصنه51 ©0807ا©) . إن الهيدروجين في هذا الغاز يوم بتوفير إلكترونات

إضافية تتحد مع روابط السليكون المتدلية (8ل1880 600تل:5 ع«ناع000 لتكوين طبقة من
السليكون والهيدروجين. والشوائب الموجودة في الغاز لها تأثيرها الاعتيادي بتوزيع
حاملات الشحنة لتحسين القابلية التوصيلية للمادة . وتختلف خلايا السليكون العشوائي
عن الخلايا المصنعة بطرق أخرى بالنسبة لمنطقة الارتباط (100800 2-18 إن
تتكون في هذا النوع من الخلايا منطقة تسمى (8-130) وهي طبقة رقيقة جداً من نوع
() من السليكون العشوائي تأتي بعدها طبقة داخلية () أكثر سمكاً من مادة السليكون
العشوائي الخالي من الشوائب ؛ ثم طبقة رقيقة جداً نوع 00 من السليكون العشوائي .
ويوضح الشكل (9-3) هيكلية هذه الخلية . والتأثير الكهروضوئي على الخلية السليكونية
(680 3800 أكبر لكنه غير محدد بصورة واضحة .
البلورية باستثاء أن سمك حيز الارتباط
زجاع
ناني اوكسيد السليكون (,510)
الاتصال الخلفي
شكل (9-3): هيكلية خلية سليكونية عشوائية