العوامل المؤثرة في كفاءة الخلية الشمسية

المؤلف:  د. سعود يوسف عياش

المصدر:  تكنولوجيا الطاقة البديلة

الجزء والصفحة:  ص230 – ص231

24-6-2021

3307

العوامل المؤثرة في كفاءة الخلية الشمسية ⁽¹⁵⁾

أما العوامل الموترة على كفاءة الخلية الشمسية فهي:

1 - العلاقة بين طاقة فوتونات ضوء الشمس وطاقة ربط الالكترون بالذرة. أن تلك الفوتونات التي تكون طاقتها أكبر من طاقة ربط الالكترون هي التي تنتج التأثير الفوتو فولتي، وتختلف طاقة الربط من مادة الى أخرى لكنا تتراوح في معظم المواد المستعملة لصناعة الخلايا الشمسية بين 1.1-2.3 الكترون فولت، ففي السيليكون مثلا تساوي طاقة الربط 1.1 الكترون فولت وبالتالي فان الفوتونات التي تكون طاقتها 1.1 الكترون فولت أو اكبر هي التي تسفيد منها الحلية السيليكونية، و بالنظر الى الطيف الشمسي نجد أن ذلك الجزء من الطيف الذي تبلغ طول موجاته 1.12 ميكرون أو أقل يؤدي نظريا الى توليد التأثير الفوتو فولتي في خلايا السيليكون، ويحتوي ذلك الجزء من الطيف الشمسي على 77 من طاقة الطيف بأكمله، وعلى ذلك فان هناك 7.23; من طاقة الطيف الشمسي لا تسفيد منها الحلية الشمسية المصنوعة من السيليكون.

2- تحول طاقة الفوتونات الممتصة الى حرارة: إن الفوتونات التي طاقتها 1كبرمن طاقة ربط الالكترون (طاقة التكافؤ) تمتص على أعماق مختلفة داخل الخلية، ويؤدي هذا الى أن قسما من الالكترونات المحررة تتحرر من منطقة بعيدة عن نقاط الاتصال ولا تستطيع الوصول اليها وبذا تضيع طاقتها الحركية على شكل حرارة، بالإضافة الى ذلك فان ذلك الجزء من طاقة الفوتون التي تزيد عن طاقة الربط يكتسبها الالكترون بشكل طاقة حركية لكنه لا يلبث ن يفقدها بشكل حرارة ذلك أنها طاقة زائدة عن حاجته للتحرر، وفي خلايا السيليكون تبلغ الطاقة المفقودة بشكل حرارة ما يعادل 43% من كمية الطاقة الممتصة أو 33% من مجمل طاقة الطيف الشمسي.

3- تسرب جزء من التيار الكهربائي خلال نقاط الاتصال. وتعتمد قيمة التيار المتسرب على درجة حرارة الخلية، وبالتالي حرارة نقاط الاتصال، فكلما ارتفعت درجة الحرارة هذه ازدادت كمية التيار المتسرب، ومن هنا تأتي أهمية تبريد الخلايا الشمسية، فالكفاءة النظرية لخلايا السيليكون تصل الى صفر حين ترتفع حرارها الى 300 درجة مشوية، لكن في التطبيقات العملية وتحت تأثير الاشعاع الشمسي والظروف المناخية المحيطة فان خسارة نقاط الاتصال تصل الى 38% من الجزء المتبقي بعد طرح قيمة الاشعاع غير الممتص والطاقة المتحولة الى حرارة، وبالنسبة الى كل طاقة الطيف الشمسي تبلغ خسارة نقاط الاتصال حوالي 17.5%، بما يترك حوالي 26.5% من طاقة الطيف الشمسي في الحلية بشكل طاقة كهربائية.

4- مصادر خسارة أخرى تتمثل بعكس الخلية لجزه من الاشعاع الشمسي، والخسارة الناتجة عن اعادة اتحاد بعض الالكترونات المحررة بالفجوات اضافة الى الخسارة في المقاومات الكهربائية في الخلية، وتشكل هذه المصادر جميعا حوالي 12% من مجمل الطيف الشمسي لأمر الذي يؤدي الى أن تصل كفاءة الخلايا السيليكونية في تحويل الطاقة الشمسية الى طاقة كهربائية الى حوالي 14 نز فقط.