تاريخ التطور التكنولوجي للوحدات الضوئية

يمكن أن يعود تاريخ تطوير تكنولوجيا وحدات الطاقة الكهروضوئية إلى أواخر القرن التاسع عشر، عندما اكتشف الفيزيائيون أن مواد معينة يمكنها تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء.بمرور الوقت، اتقن الباحثون تقنيات صنع الخلايا الشمسية ويحسنون باستمرار تصميمها وأدائها.ستصف هذه المقالة بالتفصيل تاريخ تطوير تكنولوجيا وحدات الطاقة الشمسية.

الخلية الشمسية من الجيل الأول (1954)

تم اختراع الجيل الأول من الخلايا الشمسية من قبل الباحثين في مختبرات بيل في عام 1954.هذا النوع من الخلايا مصنوع من المواد السيليكونية ويسمى الخلايا الشمسية السيليكونية أحادية البلورات.إن كفاءة هذا النوع من البطاريات منخفضة جداً، حوالي 6% فقط، ولكنها تفتح الطريق للبحث والتطوير للخلايا الشمسية.

الخلايا الشمسية من الجيل الثاني (سبعينيات القرن الماضي)

يتم تصنيع الخلايا الشمسية من الجيل الثاني باستخدام السيليكون البوليكريستالي وتسمى خلايا السيليكون الشمسية البوليكريستالية.هذه الخلايا أرخص من الخلايا الشمسية من السيليكون الأحادي البلورية ولديها كفاءة محسنة تصل إلى حوالي 10%.

في منتصف السبعينيات، بدأ الباحثون في دراسة استخدام مواد أشباه الموصلات المركبة لإنشاء الخلايا الشمسية.هذا النوع من الخلايا يسمى خلايا الطاقة الشمسية عالية الكفاءة لأنها أكثر كفاءة من خلايا الطاقة الشمسية السيليكونية البوليكريستالية.واحدة من الخلايا الشمسية شبه الموصلة المركبة هي الخلايا الشمسية من آرسنيد الغاليوم، والتي لديها كفاءة تزيد عن 20٪.

خلايا الطاقة الشمسية من الجيل الثالث (1990s)

بدأ البحث في الجيل الثالث من الخلايا الشمسية في منتصف التسعينيات.يستخدم هذا النوع من الخلايا الشمسية مجموعة واسعة من المواد، بما في ذلك المواد العضوية والخلايا الشمسية الحساسة للصبغ والخلايا الشمسية البيروفسكيت.

الخلايا الشمسية العضوية تستخدم البوليمرات العضوية كمواد أشباه الموصلات. هذه الخلايا منخفضة التكلفة وخفيفة الوزن، ومناسبة للاستخدام على مساحات كبيرة.ومع ذلك، فإن كفاءة الخلايا الشمسية العضوية منخفضة جدا، حوالي 3٪ فقط.

الخلايا الشمسية ذات الحساسية للصباغة (DSSC) تستخدم جزيئات الصباغة لتحويل الضوء إلى كهرباء.هذا النوع من الخلايا الشمسية هو أكثر كفاءة من الخلايا الشمسية العضوية ويمكن أن تصل إلى حوالي 10%.يحتوي DSSC على تكلفة منخفضة وعملية إنتاج بسيطة ، مما يجعله مناسبًا للاستخدام في الإنتاج على نطاق واسع.

خلايا الطاقة الشمسية البيروفسكيت هي واحدة من أكثر خلايا الطاقة الشمسية الموعودة من الجيل الثالث.يستخدم مواد البيروفسكيت كشرائح نصف الموصلات ويمكنه تحقيق كفاءة أعلى تتجاوز حاليًا 20٪.هذا النوع من البطاريات أرخص في التصنيع ولديه استقرار ومتانة أعلى.

الخلايا الشمسية من الجيل الرابع (أوائل القرن الحادي والعشرين)

الجيل الرابع من الخلايا الشمسية هو أحدث تكنولوجيا الخلايا الشمسية والأكثر واعدة.أنواع المواد من الخلايا الشمسية من الجيل الرابع أكثر تنوعًا ، بما في ذلك المواد العضوية والمواد غير العضوية والمواد الهجينة.

الخلايا الشمسية الهجينة العضوية وغير العضوية هي تقنية مهمة في الجيل الرابع من الخلايا الشمسية.تستخدم البطارية خليطًا من المواد العضوية وغير العضوية لتحقيق مزيج من الكفاءة العالية والعمر الطويل.وقد تجاوزت كفاءة الخلايا الشمسية HIBC 15٪ وتكلفة التصنيع منخفضة ، مما يجعلها مناسبة للاستخدام في الإنتاج الضخم.

بالإضافة إلى الخلايا الشمسية HIBC ، تشمل الخلايا الشمسية من الجيل الرابع أيضًا الخلايا الشمسية النقطية الكمية والخلايا الشمسية الأسلاك النانوية وخلايا الشمسية الجرافينية ، إلخ.هذه التقنيات لا تزال قيد البحث والتطوير، لكنها أظهرت بالفعل كفاءة عالية وإمكانات.

ملخص

مع مرور الوقت، تحسنت كفاءة وخطر الخلايا الشمسية تدريجياً، وظهرت مجموعة واسعة من تقنيات الخلايا الشمسية.وكانت كفاءة الخلايا الشمسية من الجيل الأول 6% فقط، في حين تجاوزت كفاءة الخلايا الشمسية من الجيل الرابع 15%.في المستقبل، مع التطوير المستمر وتحسين تكنولوجيا الخلايا الشمسية، فإن تكلفة الطاقة الشمسية سوف تستمر في الانخفاض،وموقعها في صناعة الطاقة سوف تصبح أكثر أهمية.