نطاق نطاق امتصاص ضوء اللوحة الشمسية
أصبحت الألواح الشمسية ذات شعبية متزايدة في السنوات الأخيرة. فهي مصدر للطاقة فعال من حيث التكلفة وصديق للبيئة ومتجدد. تقوم الألواح الشمسية بتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء باستخدام مادة خاصة تسمى الخلية الشمسية. تتكون الخلية الشمسية من مواد مختلفة يمكنها امتصاص أطوال موجية مختلفة من الضوء.
امتصاص الضوء في الخلايا الشمسية السليكونية أحادية البلورة
السيليكون أحادي البلورة هو مادة خلايا شمسية عالية الأداء. إنه يتمتع بمستوى عالٍ من النقاء وبنية بلورية موحدة، مما يسمح بحركة أفضل للإلكترون. عادةً ما يكون للخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون أحادي البلورة نطاق امتصاص للضوء يتراوح بين 300 و1100 نانومتر، مع نطاق امتصاص الذروة عند حوالي 780 نانومتر. وهذا يعني أن الخلايا الشمسية يمكنها امتصاص معظم طيف الضوء المرئي، بالإضافة إلى بعض الأشعة تحت الحمراء القريبة.
ومع ذلك، هناك انخفاض ملحوظ في كفاءة الامتصاص بما يتجاوز 1100 نانومتر. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن السيليكون أحادي البلورة عبارة عن مادة ذات فجوة نطاق غير مباشرة. تتمتع المواد ذات فجوة الحزمة غير المباشرة بعتبة طاقة أعلى للإلكترونات للانتقال من نطاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل. وهذا يعني أن الفوتونات ذات الطاقة المنخفضة لا يمكن أن تمتصها المادة بشكل فعال. ولذلك، فإن الخلايا الشمسية السيليكونية أحادية البلورة غير قادرة على امتصاص كمية كبيرة من الضوء ذو الطول الموجي الأطول (الطاقة الأقل).
امتصاص الضوء في الخلايا الشمسية السيليكونية ذات الأغشية الرقيقة
تتكون الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون ذات الأغشية الرقيقة من طبقات متعددة من السيليكون ذات سماكات وعناصر متفاوتة. وعادةً ما تكون تكلفة تصنيعها أقل من تكلفة تصنيع الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون أحادي البلورة. يختلف نطاق امتصاص الضوء للخلايا الشمسية السيليكونية ذات الأغشية الرقيقة عن الخلايا الشمسية السيليكونية أحادية البلورة. يمتص السيليكون الرقيق الضوء في نطاق أوسع من الأطوال الموجية، وتحديدًا في نطاق 400 - 800 نانومتر. وهذا يعني أنها قادرة على امتصاص معظم طيف الضوء المرئي، ولكن ليس قدرًا كبيرًا من الأشعة تحت الحمراء القريبة مثل السيليكون أحادي البلورة.
يمكن تصنيف الخلايا الشمسية السيليكونية ذات الأغشية الرقيقة إلى ثلاثة أنواع: السيليكون غير المتبلور (a-Si)، والسيليكون البلوري الدقيق (μc-Si)، والسيليكون البلوري النانوي (nc-Si). كل نوع له فجوة نطاق وامتصاص مختلفة. يحتوي السيليكون غير المتبلور على فجوة نطاق تبلغ حوالي 1.7 فولت ويمكنه امتصاص الضوء في نطاق 300 - 800 نانومتر. يحتوي السيليكون البلوري الصغير على فجوة نطاق تبلغ حوالي 1.3 فولت ويمكنه امتصاص الضوء في نطاق 400 - 700 نانومتر. يحتوي السيليكون البلوري النانوي على فجوة نطاق تبلغ حوالي 2.0 - 2.2 فولت ويمكنه امتصاص الضوء في نطاق 300 - 600 نانومتر.
في الختام، تتمتع الخلايا الشمسية السليكونية أحادية البلورة بنطاق امتصاص ذروة يقع عند حوالي 780 نانومتر ويمكنها امتصاص معظم طيف الضوء المرئي بالإضافة إلى بعض الأشعة تحت الحمراء القريبة. من ناحية أخرى، تتمتع الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون ذات الأغشية الرقيقة بنطاق امتصاص أوسع من السيليكون أحادي البلورة، ولكن ليس بنفس القدر من ضوء الأشعة تحت الحمراء القريبة. يعتمد نطاق الامتصاص والكفاءة المحددة على نوع طبقة السيليكون الرقيقة. بغض النظر عن نوع الخلية الشمسية، توفر الألواح الشمسية مصدرًا مستدامًا ومتجددًا للطاقة. ومع المزيد من التقدم التكنولوجي، ستتمكن الألواح الشمسية من توفير كمية أكبر من الطاقة بكفاءة أكبر.