وقد برزت الطاقة الشمسية كأحد مصادر الطاقة المستدامة والمتدرجة بيئياً، ومع ذلك فإن اعتمادها الواسع النطاق يتوقف بشكل حاسم على كفاءة الخلايا وتكاليف النظام، وفي حين أن الكثير من الاهتمام يتجه بحق إلى مستوى القدرة على التحلل من طبقة الممتص، أو البروفسكيت، أو الكودرويديوم - الكهروديس ومواد الاتصال هي ذات أهمية متساوية، وتنظم هذه المكونات كيفية جمع الكهرباءات والثقوب المستخرجة من المستوى الخارجي المحسن من الكفاءة.

فهم المواد الكهربائية ومواد الاتصال

وفي خلية شمسية، تكون الكهروديس طبقات سلوكية تشكل أوهاميك أو شوتاكي موصلات شبه موصلة، وهي تؤدي وظيفتين رئيسيتين هما: جمع ناقلات مستخرجة من الصور الفوتوغرافية وإحداث حد أدنى من الخسارة المقاومة للحمولة الخارجية، والاتصالات هي واجهات مادية يلتقي فيها الكهرباء إما بالوصايا السائلة، أو طبقة الرشاقة، أو الاستعلامات الخارجية الخفية.

(ب) إن الممتلكات الإلكترونية التي تشمل أكثر من غيرها مواءمة مهام العمل، ومقاومة الاتصال المحددة (مقاسة في تصميمات السيارات، ودرجة التصريف، والارتقاء الميكانيكي، وبالنسبة للكهرباء الأمامية، تصبح الشفافية في ضوء الشمس شرطاً ثانوياً ولكن حاسماً؛ ويقلل التظليل المفرط من الكثافة الحالية في الدائرة القصيرة ([Fplay:0]J[FLT:])

المواد المشتركة وتداولها

سيلفر

ومن ثم، فإن السائل المائي (FLT:0) يظل المعيار الصناعي للوصلات الأمامية، ولا سيما في الخلايا الشمسية الكريستالية (c-Si) التي تستخدمها الخلايا الشمسية، حيث أن مقاومتها للجملة (~1.6 ميكروغرام مكعب) هي أدنى من المواد الفضية، مما يتيح وضع علامات دقيقة على خط الاستبانة تقلل من كل من مقاومات الظل والسلاسل.

الألمنيوم

() Aluminum is the workhorse back-contact metal for p-type silicon cells, its resistanceivity (~2.6 coniv, full-cm) is slightly higher than silver’s but adequate for the thousand —folder reside movie. When screenprinted as a paste and fired, aluminum alloys+

Copper

(أ) إذا كانت الخلايا الارتجالية العالية (رقم 1.68 ميكروغرام، متشابهة مع الفضة) وتقلل تكلفة المواد الخام، إلا أن انتشار النحاس بسرعة في السيليكون، إذ أن ذلك يمثل مركزاً للارتفاع في مستوى الكتف العميق يحلل حياة أقلية من الكرونات، ويحول دون حدوث ذلك إلى تيتانيوم مذل.

محور السلوك الشفاف

(أ) أن تكون المواد ذات التركيز الرخيص (الثانية) التي تُستخدم في مادة الأشعة السينية (الفرنية) والتي تُعد أقل تركيزاً على المادة (الفرنكية) والتي تُستخدم في مادة الأشعة السينية (الفلورية) والتي تُعدّ أقل تركيزاً على المادة (البولي) والتي هي مادة غير مرئية إلى حد كبير (الدرجة الثانية)

الأثر على الكفاءة

The contact system affects three key solar‐cell parameters: fill factor (FF), short —circuit current (J]]sc), and open —circuit voltage (V]

  • Series resistance (R]s]):] High contact resistanceivity or bulk electrode resistanceivity reduces FF. For a typical c‐Si cell, a series resistance increase from 0.5 to 2 judici2 can drop FF from 80 % to below 75 %, cutting absolute efficiency by 1-2.
  • Shading:] Opaque front contacts block light. Silver fingers on a typical industrial cell shade about 3 -4% of the area. Thinner, more numerous fingers reduce shading loss but increase resistance; optimization using busbarless or multi-wire designs can lower shading to under 2 % while keeping R.
  • Recombination:] The metal —emiconductor interface is a site of high recombination velocity. Electrodes that form a low quality contact increase dark current and reduce ]V
  • Adhesion and stress:] Poor adhesion leads to delamination during thermal cycling, increasing contact resistance over time and accelerating power degradation. Silver pastes containing glass frit createميكانيكي bonds during firing, but the chemistry must be tuned to avoid etching the silicon emitter.

وتتجلى المبادلات بشكل جميل في تطور الميول الأمامية للخلايا الوسيطة للمركبات، ومنذ عشر سنوات، استخدم المصنعون ثلاثة حافلات واسعة و40 ميلاً من الأصابع على نطاق واسع مطبوعة بالعجين الفضي، واليوم، تأتي تسع إلى اثني عشر حافلة خفيفة (أو لا توجد حافلات على الإطلاق) مقترنة بعملية تحسين مكثف أو مصفوفة بنسبة مئوية من الانتقاء الفضي.

التحلل والطول

فالكفاءة ليست ثابتة، فخلال فترة عمر الوحدة التي تمتد 25 عاما، يمكن أن تتحلل الاتصالات من خلال عدة آليات:

  • Electrochemical corrosion:] In humid environments, silver migrates through the encapsulant and forms dendrites that short —circuit cells. Aluminium back contacts can oxidize, increasing contact resistance.
  • Thermomechanical fatigue:] Repeated thermal expansion and contraction between the silicon wafer (thermal expansion coefficient #2.6 ppm/K) and the metal (~23 ppm/K for aluminum) causes microcracks and lift —off.
  • Diffusion:] Copper and other fast-diffusing species can enter the silicon bulk, especially at elevated temperatures during module operation in hot climates.

وللتخفيف من هذه الآثار، تتضمن أكوام الاتصال الحديثة حواجز الانتشار (تي، دبليو، تي إن)، والطبقة العازلة (نيسي)، والغطاء الذي يفي بمعايير دقيقة للشبكة الدولية للكهرباء 61215 و61730، وتبين اختبارات العمر المعجلة أن الاتصالات المزودة بالنحاس والمصممة جيدا يمكن أن تمر بـ 2000 ساعة من حرارة المصابيح (85 °C/85٪ من فقدان النافذة) مع أقل من القوة.

آخر التطورات والاتجاهات المستقبلية

أجهزة نقل مجهزة بالكربون

(أ) تم التحقيق في الجيل القادم من الجيل الشفاف من النانووبات التي تستخدم فيها الكهرومغناطيسية، وتتنافس أسلوبها النظري مع الفضة، وتوفر مرونة استثنائية في معالجة الخلايا ذات الكشوف العالية، وتشمل التحديات العملية مقاومة عالية للحمض في الأفلام البكرانية (بسبب مقاومة التقاطع) وتتسبب في عدم الاستقرار والصعوبة في تحقيق تغطية موحَّدة للأفلام.

Perovskite —Inspired Contacts

Perovskite solar cells have reached certification efficiencies above 26 % in tandem formations, partly due to innovative contact layers. For example, n-type tin oxide (SnO2 and spiroOMeTAD are widely used, but stability issues have motivated the search for inorganic alternatives. 2D perovski

الاتصالات الممددة لشركة سيليكون

وقد أصبح الأوكسيد النفقي المؤثر (TTOPCon) هو هيكل ذو كفاءة عالية في الإنتاج، حيث يستخدم مادة ذاتية عالية جداً من نوع سيو () (وهذه مواد ذات صلة بينية عالية الجودة، وجهاز اتصال متعدد الأطراف من خلال مضمار متعدد الأطراف، وتتبعها مظهر من الكتروجينات المعدنية (النسيج الفضية أو معض من نوع فضي).

البلاستيك المتطور والطباعة المتقدمة

Copper metallisation via light —induced plating (LIP) or electroplating has moved from pilot lines to commercial production for some high-efficiency cell concepts. Typically, a nickel seed layerplated or sputtered, followed by a copper layer and a little capping layer (silver, tin, or organicprinterability preservative).

تصميمات الخضرة الثنائية الوراثية والمتقدمة

وتحتاج الخلايا الثنائية الوجهية التي تُجمع الضوء من الجانبين الأمامي والخلفي إلى اتصالات شفافة أو عالية السلوك على كلا الوجوه، وبالنسبة للخلف، يُستعاض عن الكهرباء المعدنية الكاملة بنموذج فضي أو أصابع من الألمنيوم على جهاز غذائي شفاف (مثلاً، يُستخدم جهاز الحاسب الآلي المتعدد الأطراف (FLT:0))([FhadLT:1]).

اتصالات منخفضة المستوى للأجهزة الكهربائية

خلايا الارتطام السيليكونية التي تعتمد على طبقات مرور النسيج الخافتة، لا يمكن أن تتسامح مع درجات الحرارة العالية لإطلاق النار (200 درجة مئوية) وبالتالي يجب تشكيل اتصالات باستخدام معضلات فضية منخفضة الحرارة (تتم تأمينها عند 180 درجة مئوية) أو تقطعها بشبكة معدنية.

خاتمة

إن اختيار المواد الكهربائية ومواد الاتصال بعيد عن التفاصيل الثانوية في تصميم الأشعة الشمسية، وهو يحدد مباشرة الأداء الكهربائي والبصري لكل خلية، ويؤثر على تكلفة التصنيع والنبات، ويضع الحد الأقصى للموثوقية الطويلة الأجل، ولا تزال الفضة هي المعيار الذي يُستخدم في ارتفاع الكفاءة، ولكن تواجه قيوداً في التكلفة والعرض؛ ويهيمن الألومنيوم على الجانب الخلفي، ولكنه يفرض عقوبات ميكانيكية وقابلية للتكرار؛

]

" إن حق الاتصال هو في كثير من الأحيان الجزء الأصعب من هيكل خلايا شمسية جديد، ويمكن أن يكون لديك الموصل المثالي، ولكن إذا كانت الاتصالات ضائعة، فإن الكفاءة ستكون حماقة " - الدكتورة سارة كورتز، المديرة السابقة لفريق الاعتماد على الذات في NREL.

]

ونظراً لأن الباحثين يواصلون استكشاف المواد النانوية الكربونية، والمهارات البيروفية، والأفلام المعدنية فوق الفوقية، فإن العقد القادم سيشهد على الأرجح مواد اتصال تتسم في آن واحد بقدر كبير من السلوك والشفافية والرخيص والاستقرار، وبالنسبة لمالكي النظم ومصنعي الوحدات، فإن إبقاء علم هذه التطورات أمر أساسي - وقد يقرر في نهاية المطاف اختيار الكهرومغناطيسي ومواد الاتصال ما هي التكنولوجيا الشمسية التي تهيمن على مشهد الطاقة في المستقبل.