كيف يمكن تقليل استهلاك الفضة في خلايا الطاقة الشمسية باستخدام أسلاك النحاس منخفضة التكلفة؟
تقديم الحل المبتكر
اقترح فريق بحثي بقيادة المركز البحثي الألماني Forschungszentrum Jülich GmbH استخدام تقنية “الربط السلكي المباشر” (Direct Wire Bonding – DWB) كطريقة منخفضة الحرارة لربط خلايا الطاقة الشمسية من نوع HJT (heterojunction) التي تخلو من أصابع التوصيل على الجهة الأمامية باستخدام أسلاك نحاسية منخفضة التكلفة وعالية التوصيل.
وأوضح الباحثون: “أظهرت دراستنا إمكانية استخدام أسلاك النحاس منخفضة التكلفة كأقطاب لخلايا HJT مع لصق موصل يتم تطبيقه على شكل نقاط منفصلة، مما يسمح بالاستغناء عن عمليات الطلاء والتوصيل التقليدية، كما يتم معالجة اللصق المستخدم في هذا الهيكل عند درجات حرارة منخفضة أثناء عملية التصفيف، مما يجعله مناسبًا لخلايا التاندوم من السيليكون والبيروفسكايت.”
تفاصيل الدراسة والتجارب
نُشرت الدراسة تحت عنوان “تقليل استخدام الفضة من خلال الربط السلكي المباشر لخلايا الطاقة الشمسية من نوع السيليكون HJT” في مجلة Solar Energy Materials and Solar Cells ، وشرح الفريق البحثي أن جميع التجارب أُجريت على خلايا شمسية تجارية من نوع M2+ خالية من الطلاء المعدني، بأبعاد 156.75 مم وقطر 210 مم. تمت طباعة الخلايا باستخدام تصميم خالٍ من القضبان (0-busbar) يتضمن 250 إصبعًا على الجهة الخلفية و96 إصبعًا على الجهة الأمامية. قُطعت الخلايا إلى مربعات بحجم 5 سم × 5 سم.
التصميم والبنية التقنية
على الجهة الأمامية للخلايا، استُخدمت أسلاك نحاسية بقطر 30 μm، مع لصق نحاسي مطلي بالفضة يُطبق في نقاط صغيرة على طول الأسلاك. “بعد ربط ستة أسلاك تبويب نحاسية بقطر 250 μm مغطاة بأسلاك لحام منخفضة الحرارة مع خطوة قياس تبلغ 8.28 مم للاتصال الخلفي، يتم تصفيح الخلية في وحدة بحجم 20 سم × 20 سم عند درجة حرارة 150 درجة مئوية لمدة 1,060 ثانية، حيث يتم معالجة اللصق.
النتائج والاختبارات
اختبر الفريق البنية الجديدة من خلال سلسلة من المحاكاة. أظهرت النتائج أن مقاومة الخط في الأسلاك النحاسية أقل بست مرات من أصابع الفضة وأقل بثلاث عشرة مرة من الأصابع المصنوعة من لصق نحاسي مطلي بالفضة، مما يضمن نقل التيار لمسافات أطول. أفاد الباحثون: “يمثل دمج لصق النحاس المطلي بالفضة عند نقاط الاتصال مع مقاومة الخط المنخفضة لأسلاك النحاس تقدمًا واعدًا نحو تحقيق أداء مقارب لطرق التوصيل التقليدية.”
الكفاءة والتوفير في التكلفة
أظهرت التحليلات أن وحدة شمسية بُنيت باستخدام هذه الخلايا حققت كفاءة تحويل طاقة بنسبة 20.19% مقارنةً بنسبة 20.43% للوحدات التقليدية التي تستخدم ستة أسلاك تبويب على الجهة الأمامية. وعلى الرغم من الكفاءة الأقل قليلًا، توفر هذه البنية الجديدة فوائد كبيرة من حيث استهلاك اللصق.
خلاصة البحث
أكد العلماء أن طريقة DWB توفر توفيرًا كبيرًا في التكاليف عن طريق الاستغناء عن الحاجة لمواد التوصيل بين الخلايا. يُمثل هذا الحل خطوة مهمة نحو تقنيات أكثر استدامة وفعالية في إنتاج الطاقة الشمسية.
للاطلاع على المزيد من التفاصيل في الورقة البحثية من هنا
