يشير السيليكون أحادي البلورة إلى عملية تبلور مادة السيليكون إلى بلورة واحدة، وهو يُستخدم حاليًا على نطاق واسع في توليد الطاقة الكهروضوئية. تُعد خلايا السيليكون الشمسية أحادية البلورة أكثر التقنيات تطورًا في مجال الخلايا الشمسية القائمة على السيليكون، مقارنةً بخلايا السيليكون متعدد البلورة والسيليكون غير المتبلور، وتتميز بأعلى كفاءة تحويل كهروضوئي. يعتمد إنتاج خلايا السيليكون أحادية البلورة عالية الكفاءة على مواد سيليكون أحادية البلورة عالية الجودة وتقنيات معالجة متطورة.
تستخدم الخلايا الشمسية السيليكونية أحادية البلورة قضبان السيليكون أحادية البلورة بنقاء يصل إلى 99.999% كمواد خام، مما يزيد من تكلفتها ويصعب استخدامها على نطاق واسع. ولتوفير التكاليف، تم تخفيف متطلبات المواد اللازمة للتطبيق الحالي للخلايا الشمسية السيليكونية أحادية البلورة، حيث يستخدم بعضها مواد المعالجة بواسطة أشباه الموصلات ومواد السيليكون أحادية البلورة المستهلكة، أو يُصنع منها قضبان السيليكون أحادية البلورة للخلايا الشمسية. تُعد تقنية طحن رقائق السيليكون أحادية البلورة وسيلة فعالة لتقليل فقدان الضوء وتحسين كفاءة البطارية.
لخفض تكاليف الإنتاج، تستخدم الخلايا الشمسية وغيرها من التطبيقات الأرضية قضبان السيليكون أحادية البلورة بمستوى الطاقة الشمسية، وقد تم تخفيف مؤشرات أداء المواد. كما يمكن لبعضها استخدام مواد الرأس والذيل ومواد السيليكون أحادية البلورة المتبقية التي تُعالجها أجهزة أشباه الموصلات لصنع قضبان السيليكون أحادية البلورة للخلايا الشمسية. يُقطع قضيب السيليكون أحادي البلورة إلى شرائح، يبلغ سمكها عادةً حوالي 0.3 مم. بعد التلميع والتنظيف وعمليات أخرى، تُحوّل رقاقة السيليكون إلى رقاقة سيليكون خام للمعالجة.
معالجة الخلايا الشمسية، تبدأ بتطعيم رقاقة السيليكون وانتشارها، مع إضافة كميات ضئيلة من البورون والفوسفور والأنتيمون وغيرها. يُجرى الانتشار في فرن انتشار عالي الحرارة مصنوع من أنابيب الكوارتز، مما يُؤدي إلى تكوين وصلة P > N على رقاقة السيليكون. بعد ذلك، تُستخدم طريقة الطباعة بالشاشة الحريرية، حيث تُطبع عجينة الفضة الدقيقة على رقاقة السيليكون لتكوين خط شبكي. بعد التلبيد، يُصنع القطب الخلفي، ويُطلى السطح ذو خط الشبكة بمصدر انعكاس لمنع انعكاس عدد كبير من الفوتونات عن السطح الأملس لرقاقة السيليكون.
بهذه الطريقة، تُصنع صفيحة واحدة من خلية شمسية سيليكونية أحادية البلورة. بعد فحصها عشوائيًا، يُمكن تجميعها في وحدة خلية شمسية (لوحة شمسية) وفقًا للمواصفات المطلوبة، ويُشكّل جهد وتيار خرج مُحددان بطرق التوصيل على التوالي والتوازي. وأخيرًا، يُستخدم الإطار والمادة للتغليف. ووفقًا لتصميم النظام، يُمكن للمستخدم تجميع وحدة الخلية الشمسية في مصفوفة خلايا شمسية بأحجام مُختلفة، تُعرف أيضًا باسم مصفوفة الخلايا الشمسية. تبلغ كفاءة التحويل الكهروضوئي لخلايا السيليكون الشمسية أحادية البلورة حوالي 15%، وتتجاوز النتائج المخبرية 20%.
وقت النشر: ٧ سبتمبر ٢٠٢٣