مم تصنع الخلايا الشمسية " PV Cells " ؟

مصطلح PV Cells هو أختصار "Photovoltaic cells" اي الخلايا الشمسية الكهروضوئية أو الخلايا الشمسية الضوئية لتوليد الكهرباء وهي ما يطلق عليها معظم الناس الخلايا الشمسية وهذه هي ما نتحدث عنه في هذا الموضوع.

ما هي الخلية الشمسية ؟
يتضح من اسمها انها تقوم بتحويل الضوء الساقط عليها الي جهد كهربي لذلك بمكننا القول أن الخلايا الشمسية تقوم بتحويل فوتونات الضوء الساقطة عليها من اشعة الشمس المباشرة الي جهد كهربي يتسبب في مرور تيار كهربي .

والخلايا الشمسية اذا ما تم توصيلها مع بعضها وتركيبها في لوح واحد تكون ما يسمي باللوح الشمسي. اذن يمكننا القول ان الخلايا الشمسية هي وحدة البناء الرئيسية في اي نظام شمسي لتوليد الكهرباء وتبدأ في توليد الكهرباء اذا ما تعرضت لأشعة الشمس المباشرة.

مم تصنع  الخلايا الشمسية " PV Cells " ؟

قبل ان تفهم عمل الخلايا الشمسية يجب اولا ان تعرف المواد الرئيسية المصنوع منها الخلية الشمسية.

المواد الكهروضوئية او الحساسة للضوء تصنع من اشباه الموصلات ويعتبر عنصر السليكون هو اشهر انواع اشباه الموصلات واكثرها انتشارا وسيتخدم في كل الدوائر الالكترونية ويستخد ايضا في الخلايا الشمسية لتوليد الكهرباء حيث انه هو المكون الرئيسي لها. "هناك انواع من الخلايا الشمسية تستخدم مواد أخري ولكن السليكون مازال الأكثر انتشارا علي الاطلاق" .

تصنع الخلايا الشمسية من السليكون النقي ويضاف اليه بعض الشوائب كما هو واضح في الصورة لكي يتكون لدينا نوعين من سبائك السليكون دعونا نتحدث عنهم قليلا. 

النوع الأول  N-Type :

عنصر الفوسفور يوجد لديه خمس الكترونات في المدار الخارجي أما عنصر السليكون يوجد لديه اربع الكترونات في مداره الخارجي.
يتم وضع نسبة قليلة جدا من الفسفور لعنصر السليكون النقي وفي هذه الحالة سوف تتولد روابط بين زرات السليكون وذرات الفسفور المتناثرة ولكن كل ذرة فسفور سوف يظل لديها الكترون حر لا يجد ما يرتبط به وتكون مستعدة للاستغناء عن هذا الالكترون في اي فرصة. وتسمي هذه الالكترونات بالحاملات السالبة الحرة.
 

النوع الثاني P-Type :

عنصر البورون لديه فقط ثلاثة الكترونات فقط في مداره الخارجي وكما زكرنا فان عنصر الفسفور لديه اربع الكترونات في مداره الخارجي.

يتم وضع نسبة قليلة جدا ايضا من عنصر البورون مع السليكون النقي وفي هذه الحالة تتولد روابط بين ذرات السليكون وذرات البورون المتناثرة ولكن ستظل كل ذرة بورون مازالت بحاجة الي الكترون لكي تكمل الرابطة مع السليكون فتظل دائما في اشتياق الي الكترون جديد حتي تكمل الترابط. وتسمي الثقوب أو الحاملات الحرة الموجبة.

فعليك ان تعلم الآن ان الخلايا الشمسية تتكون بشكل رئيسي من هذين النوعين من سبائك السليكون النوع الموجب P-type والنوع السالب N-type

تركيب الخلايا الشمسية وطريقة عملها :

تركيب الخلايا الشمسية PV Cells  :

كما هو واضح فان الخلية الشمسية تتكون بشكل رئيسي من طبقتين من السليكون الطبقة العليا من النوع السالب N-type والذي تحدثنا عنه وقلنا ان لديها الكترونات تريد التخلص منها عند اقرب فرصة. والطبقة السفلي فهي من النوع الموجب P-type والتي قلنا ان بها فجوات وتتمني لو انها تجد الكترونات تملأ بها هذه الفجوات.

وايضا يوجد شبكة من الأسلاك الموصلة للكهرباء بالأعلي "الكاثود" وطبقة موصلة بالأسفل "الآنود" وفوق كل ذلك طبفة من الزجاج مغطي بمادة غير عاكسة اي انها تسمح للضوء بالدخول ولا تسمح له بالخروج حتي تستطيع استغلال اكبر كمية من الضوء الساقط عليها ولا يرتد جزء منه للخارج.

طريقة عمل الخلايا الشمسية PV Cells :

كما هو واضح فان فوتونات الضوء الساقطة علي الخلية الشمسية من الشمس تسمح للالكترونات الموجودة في طبقة السليكون السالبة N-type ان تتحرر متجهة الي الفجوات الموجودة في طبقة السليكون الموجبة P-type مولدة بذلك جهد كهربي مستمر داخل الخلية مما يؤدي الي مرور تيار كهربي في الكاثود والآنود ( الكاثود والآنود عبارة عن اسلاك  موصلة للكهرباء وفي الغالب نحاس ) .

اذا تم توصيل الكاثود والآنود بطرفي مصباح كهربي صغير مثلا يعمل بتيار مستمر ستجد انه يضيء وهكذا تصبح الخلية الشمسية كالبطارية الصغيرة .

اي انها تصبح مصدر للجهد الكهربي طالما انها معرضة لأشعة الشمس.

2:15 م