جامعة نيو ساوث ويلز الأسترالية وشركة داس سولار تقدمان معايير قطع تخفض خسائر الكفاءة بنسبة 50%

أخبار ar.wedoany.com، قام فريق بحثي مشترك من جامعة نيو ساوث ويلز (UNSW) وشركة تصنيع الخلايا الكهروضوئية داس سولار (DAS Solar) بدراسة تأثير القطع بالليزر على أداء الخلايا الشمسية السيليكونية من نوع TOPCon ذات الاتصال الخلفي (TBC)، وحدد الفريق الآليات الرئيسية لفقدان القطع، واقترح معايير تصميم عملية لتحسين موضع القطع بهدف كبح تدهور الكفاءة. وقد نُشرت النتائج في دورية "سولار إنيرجي" (Solar Energy) تحت عنوان "محاكاة القطع في منطقة الفجوة لكبح خسائر إعادة التركيب عند الحواف في الخلايا الشمسية ذات الاتصال الخلفي الممرر عبر الأكسيد النفقي".

يؤدي قطع الخلايا كاملة الحجم إلى أنصاف أو أثلاث أو أرباع إلى تقليل خسائر المقاومة التي تتناسب طردياً مع مربع طول الخلية، وتُعد هذه العملية معيارية في تصنيع وحدات السيليكون البلوري. غير أن القطع بالليزر يكشف حوافاً عارية غير ممررة، مما يولّد روابط معلقة وعيوباً تؤدي إلى ارتفاع ملحوظ في معدل إعادة تركيب حاملات الشحنة. استخدم الفريق برنامج محاكاة الخلايا الشمسية الرقمية "كوكا 3" (Quokka3) لتقييم تكوينات النصف والثلث والربع، مع إدراج الانحرافات الفعلية لموضع القطع بالليزر داخل منطقة الفجوة التصميمية في التحليل. يتيح هذا البرنامج نمذجة السلوك الكهربائي للأجهزة الكهروضوئية، بما في ذلك توليد وإعادة تركيب حاملات الشحنة، ونقل التيار، وخسائر المقاومة الموزعة.

أوضح البروفيسور مارتن غرين (Martin Green) من جامعة نيو ساوث ويلز لمجلة "بي في ماغازين" (pv magazine) أن خسائر الكفاءة الناجمة عن إعادة التركيب عند الحواف الناتجة عن القطع تزداد خطياً مع نسبة طول حافة القطع إلى مساحة الخلية الفعالة؛ وأن القطع في الفجوة بين منطقتي التلامس من النوع n والنوع p يمكن أن يخفض خسائر الكفاءة بنحو 50% مقارنة بالقطع في منطقة تلامس النوع p. ومن بين مواضع القطع العديدة التي تم تقييمها، أظهر القطع في منطقة الفجوة أدنى خسائر في الكفاءة، وذلك لأن حافة القطع تنفصل مكانياً عن منطقتي الباعث عالي التطعيم والحقل الخلفي السطحي (BSF)، مما يحد من التفاعل بين سطح السيليكون غير الممرر المكشوف حديثاً والوصلات الانتقائية لحاملات الشحنة، وبالتالي يقلل من إعادة التركيب المستحثة عند الحواف. في المقابل، كان القطع في منطقة الباعث هو الأكثر تسبباً في تدهور الكفاءة، لأن حافة القطع بالليزر تكشف مباشرة منطقة الشحنة الفضائية للباعث، وهذه الوصلة المكشوفة شديدة التعرض لإعادة التركيب، مما يؤدي إلى إعادة تركيب الإلكترونات والثقوب الضوئية عند حافة القطع ويقلل من عدد حاملات الشحنة الفعالة القابلة للتحصيل.

كما أظهرت نتائج المحاكاة أن خسائر الكفاءة في الخلايا المقطوعة تكون أكبر في ظل ظروف الإشعاع المنخفض، وذلك بسبب زيادة خسائر المقاومة وإعادة تركيب نقل الثقوب بالانتشار. فعند انخفاض شدة الضوء، تميل حاملات الشحنة الضوئية إلى الانتشار جانبياً نحو حافة القطع النشطة في إعادة التركيب قبل تحصيلها، كما أن انخفاض تركيز حاملات الشحنة يزيد من الأثر النسبي لخسائر المقاومة، مما يؤدي إلى ارتفاع المقاومة التسلسلية الفعالة المرتبطة بالنقل الجانبي للثقوب. وبالتالي، تصبح خسائر الكفاءة الناجمة عن القطع أكثر حدة في ظل ظروف التشغيل منخفضة الإضاءة. كما حددت الدراسة عرض الفجوة الأمثل بعد القطع بنحو 0.3 مليمتر لتقليل إجمالي خسائر الكفاءة إلى أدنى حد. وأشار غرين إلى أن هذه الدراسة وضعت معايير تصميم عملية لتصنيع الخلايا المقطوعة من نوع TBC على المستوى الصناعي، حيث يمكن للقطع المحسّن في منطقة الفجوة أن يخفف بشكل كبير من خسائر إعادة التركيب الناجمة عن القطع دون الحاجة إلى معالجة إضافية لتمرير الحواف.

هذه الدراسة مدعومة من شركة داس سولار والوكالة الأسترالية للطاقة المتجددة (ARENA). ويُذكر أن داس سولار هي أول شركة بدأت الإنتاج التجاري لتصنيع خلايا TOPCon بمقياس غيغاواط. وقد تعاونت جامعة نيو ساوث ويلز وداس سولار سابقاً في تصنيع خلايا TBC بكفاءة تحويل طاقة تبلغ 27%، استناداً إلى تصميم الشبكة الرئيسية الصفرية (ZBB)، مع انخفاض ملحوظ في محتوى الفضة (Ag) المطلوب للمعدنة.