أهداف الاخرق CIGS: مواد للخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة عالية الكفاءة

مقدمة

ثنائي سيلينيد الإنديوم الغاليوم النحاسي معروف جيداً في عالم الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة. ويستخدم الباحثون والمهندسون أهداف الاخرق على هذا المركب لتحويل الطاقة بكفاءة عالية. تقدم هذه المقالة رؤية واضحة للمواد والطرق المستخدمة مع أهداف الاخرق هذه. ويشرح التركيب الأساسي للمواد والعمليات البسيطة المستخدمة.

التركيب المادي لأهداف ثنائي سيلينيد النحاس الإنديوم الغاليوم الإنديوم

ثنائي سيلينيد النحاس الإنديوم الغاليوم الغاليوم، المعروف غالبًا باسم CIGS، هو مركب مصنوع من النحاس والإنديوم والغاليوم والسيلينيوم. ونسبة هذه العناصر مهمة. ويضمن المزيج المتوازن وجود أغشية موحدة وعالية الجودة على الخلايا الشمسية. على سبيل المثال، تم استخدام هدف يحتوي على 24% نحاس و21% إنديوم و12% غاليوم و43% سيلينيوم على نطاق واسع. يمكن للتركيبات المختلفة أن تغير مدى جودة أداء الفيلم. يعتمد العديد من المهندسين على قياسات دقيقة مثل هذه لتحقيق توازن جيد لتحويل الطاقة. يتم اختيار هذه المواد لقوتها وقدرتها على العمل معًا بشكل جيد.

طرق تصنيع أهداف رش ثنائي سيلينيد النحاس والإنديوم والغاليوم ثنائي السيلينيد

هناك العديد من الطرق لتصنيع أهداف رش ثنائي سيلينيد النحاس والإنديوم والغاليوم ثنائي السلندر، وتتمثل إحدى الطرق الشائعة في ضغط المساحيق في شكل كثيف ثم تلبيدها في درجات حرارة عالية. وتربط هذه العملية العناصر بروابط قوية. وتضمن خطوة الضغط أن يكون المسحوق ذا قاعدة جيدة. ثم يحول التلبيد هذا إلى مادة صلبة. وتستخدم هذه الطريقة منذ عقود في معامل إنتاج الأغشية الرقيقة. وهناك طريقة أخرى تستخدم المعالجة بالمحلول الكيميائي. هنا، تتحد المواد الكيميائية وتتفاعل على الركيزة لتشكيل الهدف. وتشمل الطرق الأخرى المعالجة بالتفريغ والتبخير المشترك. وتسمح العديد من هذه الطرق بالتحكم في البنية المجهرية وتحسين اكتمال الفيلم عند الترسيب.

تقنيات الترسيب باستخدام أهداف ديسيلينيد النحاس والإنديوم والغاليوم ثنائي السيلينيد

يلعب الاخرق دوراً رئيسياً في ترسيب الأغشية الرقيقة من CIGS. وفي عملية الرش بالرش، تغادر الجسيمات الهدف وتصل إلى الركيزة. ويُستخدم الرش بالتيار المباشر بشكل أساسي للمواد الموصلة. ويعمل الرش بالترددات الراديوية بشكل جيد مع الأهداف الأقل توصيلًا. يساعد التفريغ في غرفة الترسيب في تشكيل أغشية نقية. يضمن التحكم الدقيق في الضغط والطاقة أن يكون الفيلم متساويًا. ومن الأمثلة الجيدة على ذلك طريقةالرش بالترددات الراديوية. وقد ثبت أنها تخلق أفلامًا ذات عيوب أقل. تساعد هذه الظروف الخاضعة للتحكم في إدارة جودة وكفاءة الخلايا الشمسية المنتجة.

مزايا الخلايا الشمسية القائمة على ثنائي سيلينيد النحاس والإنديوم والغاليوم

تتمتع الخلايا الشمسية القائمة على CIGS بالعديد من نقاط القوة. فهي تعمل بشكل جيد في ظروف الإضاءة المختلفة. فهي مرنة وخفيفة عند تصنيعها بشكل صحيح. تستخدم العديد من المزارع الشمسية وحتى منشآت الأسطح هذه الخلايا. تعني كفاءة التحويل العالية لهذه الخلايا إنتاج المزيد من الطاقة من نفس مساحة ضوء الشمس. بالإضافة إلى ذلك، تتحمل خلايا CIGS التظليل الجزئي بشكل أفضل من العديد من الأنواع الأخرى. كما أن موثوقيتها تجعلها مفضلة في الأنظمة الكبيرة والصغيرة على حد سواء. يساعد استخدام أهداف الاخرق على إبقاء تكاليف الإنتاج منخفضة مع تقديم أداء جيد. وهذا يجعل CIGS خياراً جذاباً للعديد من مشاريع الطاقة.

عوامل الأداء المرتبطة بجودة الهدف

تؤثر جودة هدف الاخرق على الفيلم النهائي، حيث يؤدي التوحيد في الهدف إلى اتساق سماكة الفيلم وتكوينه. وعندما يكون الفيلم متساويًا، تعمل الخلايا الشمسية بشكل أفضل وتدوم لفترة أطول. يمكن أن تتسبب الشوائب أو العيوب في الهدف في ظهور نقاط ضعف في الفيلم. وقد تقلل هذه البقع الضعيفة من الكفاءة الكلية للخلية. خلال سنوات عملي العديدة، رأيت أنه حتى التغييرات الصغيرة في جودة الهدف يمكن أن تؤثر بشكل كبير على الأداء. تساعد تقنيات التحكم المتقدمة في بيئة الإنتاج على ضمان أن كل هدف يفي بالمعايير الصارمة.

الخلاصة

تقدم أهداف رشثنائي سيلينيد الغاليوم الإنديوم النحاسي الغاليوم مساراً بسيطاً للخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة عالية الكفاءة. ويتم اختيار المواد المستخدمة لتحقيق التوازن والمتانة. توفر تقنيات التصنيع المختلفة خيارات تناسب احتياجات الإنتاج المختلفة. ويؤدي الترسيب من خلال الاخرق إلى أفلام ذات أداء جيد. ويعتمد النجاح الكلي للخلايا الشمسية القائمة على CIGS على جودة أهداف الرش. وهذه الأهداف أساسية لإنتاج خلايا شمسية موثوقة وفعالة. ويؤدي اتباع نهج دقيق في اختيار المواد وإعدادها إلى حلول طاقة أفضل. لمزيد من المعلومات، يرجى مراجعة Stanford Advanced Materials (SAM).

الأسئلة المتداولة

س: ما هو النحاس إنديوم الغاليوم ثنائي سيلينيد النحاس المستخدم في الخلايا الشمسية؟
س: يُستخدم كطبقة نشطة في الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة بسبب امتصاصه العالي للضوء.

و: كيف يُصنع هدف الاخرق؟
س: يُضغط المسحوق في شكله ويُلبَّد في درجات حرارة عالية لتكوين هدف كثيف.

و: ما أهمية جودة الهدف؟
س: تضمن الأهداف عالية الجودة وجود أغشية رقيقة متجانسة، مما يحسّن كفاءة الخلايا الشمسية.