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 تغنية الرقيقة (ممععوعم اللترممع 11101-160 بتعمتا6-06ع150)؛
وقد تم استخدامها من قبل شركة سولار موبيل الأمريكية (©13106::1 عد501) 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 (8115© 5:11:00 00190/5101108) من حبيبات صغيرة
من البلور الأحادي ويمكن إنتاج طبقة رقيقَة من السليكون المتعدد البلورية بعدة ضرق
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 خفيفة
بالرغم من كون الخلايا الكهروضوئية (115ع0 عنه 110107011 001:0/51011106 المتعددة
البلورية أرخص وأسهل تصنيعاً من الخلايا الأحادية البلورية (و11ة0 005101 16ع5:0)
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
كبيرة الحجم ويتم توجيهها من الأعلى إلى الأسفل ؛ وذلك للسماح للإشعاع الشمسي
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 (10:0 :0088 1:0ه) 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
رقيقة جداً إلا أنها أكثر سمكاً من الصفائح المستخدمة في بعض الخلايا الأخرى كالخلية
السميكة للخلايا المتعددة البلورية (08116 201361751811108 11110) وفي عام 1994 تم
نصب محطة في منطقة ديفز (08»15) 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 أُضاً في
تشغيل سيارة أنتجتها شركة جنرال موتورز أطلق عليها إسم صن ريسير (©18268 00ن5)
وفازت عام 1987 بسباق عالمي للسيارات المسيرة بالطاقة الشمسية عندما قطعت مسافة
0 كيلو متر بسرعة 66 كيلو متر في الساعة
الخلية السليكونية العشوائيةً (ملاء صمعثاتق كه طاو«مسد)
يمكن تصنيع الخلايا الشمسية بطريقة أرخص من طرق تصنيع الخلايا البلورية
ذرة ارتباطاً كاملا مع الذرات المجاورة وإنما تترك ما يسمى بالرباط المتدلي
(138005 00081108 وتستطيع امتصاص إلكترونات إضافية عند إجراء عملية الطلاء
وعملية التصنيع تتم بواسطة خليط من غاز يحتوي على السليكون والهيدروجين (5:11)
وكمية قليلة من الشوائب مثل البورون التي تتحلل كهربائياً بطريقة يمكن أن
تكون طبقة رقيقة من السليكون العشوائي على قاعدة من مادة مناسبة كالفولاذ المرن
(اء518 51101655 ©1511 إن الهيدروجين في هذا الغاز يقوم بتوفير إلكترونات

إضافية تتحد مع روابط السليكون المتدلية (138008 5111600 ع110ع0808) 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 (0متع100 17-) إن
تتكون في هذا النوع من الخلايا منطقة تسمى (0-110) 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 (080 من السليكون العشوائي
ويوضح الشكل (9-3) هيكلية هذه الخلية والتأثير الكهمروضوئي على الخلية السليكونية
العشوائية مشابه لما في الخلايا السليكونية البلورية باستثشاء أن سمك حيز الارتباط
(م8© 3000) أكبر لكنه غير محدد بصورة واضحة
زجاج
ثاني اوكسيد السلبكون (0ز5)
الاتصال الخلفي
شكل (9-3): هيكلية خلية سليكونية عشوائية

وأرخص سعراً من الخلايا السليكونية البلورية ؛ وهي أيضاً أكثر امتصاصاً للإشعاع
الشمسي؛ كما أن عمليات تصنيعها تجري تحت ظروف درجة حرارة قليلة جداً مقارنة
بالخلايا السليكونية البلورية ؛ ولهذا فهي تحتاج إلى طاقة أقل وهي ملائمة جداً للإنتاج
المستمر ويمكن طلاؤها على مواد مختلفة صلدة ومرنة كالحديد والزجاج والبلاستيك
البلورية الأحادية والمتعددة إن أعلى كفاءة تم الحصول عليها في المختبر من هذا
النوع من الخلايا الكهروضوئية لا تتجاوز 1266 ؛ وإن كفاءتها تتناقص مع مدة تعرضها
للشمس من 88 إلى ما يقارب 40 بعد عدة أشهر من الاستخدام أي أن عمرها الزمني
قليل كما أن مخلفاتها التي تحول إلى الأرسانيد (الزرنيج) ضارة بالبيئة
وتجري محاولات كثيرة جادة لتحسين كفاءتها وحل مشكلة نقصان كفاءتها مع
الاستخدام إن إحدى الطرق المستخدمة لتحسين كفاءة التحويل هي وضع طبقتين من
الأغشية الرقيقة واحدة فوق الأخرى بحيث إن كلا من هاتين الطبقتين تمتص جزءاً من
الطول الموجي للإشعاع الساقط وحيز الارتباط (م00 3800) يمكن توسيعه بواسطة
استخدام طبقة من الكربون تجعل المادة أكثر امتصاصاً للضوء على النهاية الزرقاء
للحزمة الضوئية وبالطلاء بمادة الجرمنيوم ((0ن:«068:(8) فإن حيز الربط يقل مما
يجعل المادة أكثر استجابة للضوء على النهاية الحمراء من الحزمة لذا فإن حيز
الارتباط يكون عريضاً (950© 13800 0177108 في منطقة الجزء العلوي للسيلكون
العشوائي فيمتص فوتونات الضوء ذات الطاقة العالية في النهاية الزرقاء من الحزمة
مصمم لامتصاص جزء من الذبذبات الضوئية القصيرة القريبة من النهاية الحمراء
للحزمة الضوئية (الشكل 10-3) وبالإضافة إلى زيادة كفاءة الخلية من هذه الطريقة فإن
وضع طبقات متعددة له فائدة أخرى وهي تقليل النقصان في الكفاءات التي تحدث في
الخلية السليكونية العشوائية ذات طبقَة الارتباط الواحدة

ثاني اوكسيد السلبكون (,5:0)
زجا
الاتصال الخلفي
شكل (10-3): استخدام طبقتين من الأغشية الرقيقة لتحسين كفاءة
الخلية الشمسية العشوائية مع الاستخدام
واسعة تجارياً وذلك لرخص أسعارها وقد بلغت نسبة استخدامها في عام 1990 حوالي
6 من مجموع الخلايا المستخدمة في التطبيقات المختلفة
والخلية السليكونية العشوائية ليست الوحيدة المناسبة بل هنالك بععض الخلايا المصنعة
من تقنيات الأغشية الرقيقة («:11 1110) المتكونة من عدة شبه موصلات
(58011001000107) من بينها كوبر قديم ديسلنايد (15© 2ه :ع5 10ن©) وكادميوم
تيلرايد (0076) وقد وصلت الخلايا المصنعة من هذه التقنيات إلى مرحلة الإنتاج
التجاري في الوقت الحاضر

خلايا الكوبرانديوم ديستنايد (عوتمعاعوثل ممستص1 »رمرم )
وهي مواد شبه موصلة مركبة من النحاس والاتنديوم والسلينايد (015) وقد استخدمت
في تصنيع خلايا وصلت كفاءتها مختبرياً إلى 1266 وقد قامت شركة سيمنس
(5001805) الألمانية بتصنيع ألواح من نوع (015) ذات مساحة 30 سنتمتر مربع وبكفاءة
تعادل 1096 وفي عام 1994 أعلنت بأنها يمكن أن تقوم بتصنيع هذه الخلايا على
النطاق التجاري بالتعاون مع إحدى شركات الزجاج الأمريكية وهذا النوع من الخلايا
لا يعاني من مشكلة نقصان الكفاءة عند الاستخدام والذي ظهر في الخلايا السليكونية
العشوائية ولكن مشكلته تنتحصر في سمك الغشاء الرقيق لهذه الخلايا ؛ فهو أكبر من
الخلايا السليكونية العشوائية وبما أن مادة الانديوم مادة غالية الثمن ؛ وبالرغم من أن
الخلايا هو استخدام غازي الهيدروجين والسيلنايد وهو سام جداً ويسبب مشاكل صحية
كبيرة في حالة حدوث خلل عند التصنيع
خلايا الكادميوم تليرايا (007)
وهي مواد أخرى شبه موصلة مناسبة لاستخدام الخلايا الفولطاضوئية تتألف من
الكادميوم والتيلرايد ومن محاسن خلايا الكادميوم تيلرايد هو إمكانية صنعها باستخدام
عملية بسيطة ورخيصة من الطلاء الكهربائي وقد وصلت كفاءة الخلايا من هذا النوع
إلى 1096 وبدون تناقص في الكفاءة عند الاستخدام ومن مساوئ هذه الخلايا هو أن
الكادميوم مادة سامة جداً ولهذا يجب أخذ الاحتياطات اللازمة أثناء عملية التصنيع
من الطرق الأخرى المستخدمة للحصول على طاقة أكثر من الخلايا الشمسية
الفوتوضوئية هو تركيز الإشعاع الشمسي باستخدام مرايا أو عدسات أذ يمكن استخدام
عدد آقل من الخلايا الشمسية للحصول على نفس كمية الطاقة عند استخدام المركزات؛
والأنظمة ذات التركيز العالي تستخدم متحسسات معقدة وغالية ومحركات وأجهزة
سيطرة لتعقب حركة الشمس على محورين (الارتفاع وزاوية السمت) ؛ بحيث تتمكن

الخلية من استقبال أعلى إشعاع شمسي ممكن إن المنظومات ذات نسبة التركيز القليلة
تتعق الشمس على محور واحد وتكون بذلك أقل تعقيداً
تطبيقات الخلايا الفولطاضوئية
تطبيقات الخلايا الشمسية في المناطق النائية
يزداد استخدام الخلايا الشمسية الكهروضوئية أو الفوتوفولطائية حالياً في الكثير من
التطبيقات في مناطق بعيدة عن مناطق وجود الشبكة الكهربائية وتوجد أمثلة على هذه
التطبيقات موضّحة في الشكل(11-3) وتتراوح هذه التطبيقات بين محطة تقوية
لبعض القوارب والكرفانات أو كهربة السياجات الخارجية أو إنارة الشوارع وغيرها
1- الاستهلاك اليومي والأسبوعي والسنوي للطاقة الكهربائية
2- كمية الإشعاع الشمسي اليومي والأسبوعي والشهري والسنوي الواصل إلى
المنطقة التي توجد فيها المنظومة
3 - عدد الأيام الغائمة المتكررة التي يجب أن تقوم البطارية بها بتزويد الحمل
شكل (11-3): إحدى تطبيقات الخلايا الشمسية في المناطق النائية