هل ترفع طبقة “ITO” العازلة كفاءة خلايا HJT الشمسية؟ اكتشاف صيني يلمّح إلى مستقبل مشرق للطاقة الكهروضوئية

في سباق تطوير خلايا الطاقة الشمسية، يبدو أن كل طبقة وكل تقنية تحت المجهر—وهذا تماماً ما فعله فريق من الباحثين الصينيين عندما قرروا إعادة النظر في دور طبقة “غير مرئية” لكنها حاسمة – ألا وهي طبقة أكسيد الإنديوم والقصدير  (ITO)

الفكرة ببساطة: ماذا لو استطعنا تحسين أداء الخلايا الشمسية من خلال تعديل بسيط في البنية الطبقية؟ النتيجة كانت لافتة— كفاءة تحويل طاقي بلغت 25.36%  في خلايا سيليكون متغايرة الوصل  (HJT)، أي أعلى بنسبة 0.1% من الخلايا التقليدية. قد تبدو هذه النسبة ضئيلة، لكنها تُحدث فرقاً كبيراً عندما نتحدث عن الإنتاج الصناعي واسع النطاق.

ما سر هذا التحسين؟

يشير الباحث الرئيسي في الدراسة  – الدكتور Daxue Du، إلى أن طبقات ITO تُستخدم عادةً لتحسين الخصائص البصرية والكهربائية، لكن تصنيعها بطاقة عالية قد يُسبب ضرراً فيزيائياً دقيقاً يؤدي إلى تراجع الأداء. لذلك، توصل الفريق إلى حل مبتكر:  تصميم ثنائي الطبقة (bilayer) يجمع بين ميزتين—طبقة داخلية رقيقة تُحضّر بطاقة منخفضة لتحسين التوصيل، وطبقة خارجية أكثر سماكة توفر نفاذية ضوئية أعلى.

خطوات التصنيع بتقنية دقيقة

تم بناء الخلية على شريحة سيليكون أحادية البلورة من النوع  n، مغلفة بطبقات تمرير رفيعة باستخدام تقنية PECVD، بينما استُخدمت تقنية PVD  لترسيب طبقة ITO أما شبكات الفضة الدقيقة فقد تم تشكيلها بالطباعة بالشاشة وتثبيتها حرارياً عند 200 درجة مئوية.

النتيجة؟ أداء كهربائي وضوئي محسّن بفضل انخفاض امتصاص الأكسجين وزيادة “الفراغات الأكسجينية” داخل الطبقة، مما سمح برفع تركيز وسرعة الحاملات الكهربائية، وخفض المقاومة الداخلية للخلية.

الابتكار قد يبدو بسيطاً، لكنه يمثل خطوة كبيرة نحو تحقيق خلايا HJT لكفاءة عالية وقابلة للتطبيق تجارياً. الفريق يعتقد أن هذا النهج يمكن تعميمه في بيئات صناعية دون الحاجة لتغييرات جذرية في خطوط الإنتاج.

ما هو القادم؟

البحث نُشر تحت عنوان “Optimized optical and electrical properties for silicon heterojunction solar cells with an indium tin oxide buffer layer”  في مجلة Solar Energy Materials and Solar Cells، وشارك فيه باحثون من شركة Shanghai Hency Solar Technology  وجامعة  Shanghai Jiao Tong، والتي تُعد من بين الجامعات الرائدة في أبحاث الخلايا الشمسية. يمكنكم الاطلاع على الدراسة كاملةً من هنا

وتجدر الإشارة إلى أن الفريق يعمل حالياً على استكشاف تأثير عوامل بيئية مثل درجات الحرارة وسرعة التصنيع على أداء خلايا  HJT، مما يدل على سعيهم الحثيث لتقريب هذه التقنيات من السوق العالمية—وربما السوق العربية في المستقبل القريب.