لوح تيلوريد الكادميوم الشمسي
رقائق تيلوريد كادميوم ضوية جهدية في طاقة شمسية هي ألواح شمسية تستخدم لإنتاج الطاقة الكهربائية من الطاقة الشمسية وتعمل بطريقة خلية شمسية. تصنع الرقائق من مواد شبه موصلة متتطابقة ومصممة لامتصاص قدر كبير من أشعة الشمس وتحويلها إلى تيار كهربائي.[1]
ويعتبر تيلوريد الكادميوم هو أول رقائق تستخدم في التقنية الضوئية الجهدية وتفوق السيليكون البلوري من وجهة إنتاج الطاقة الكهربائية من أشعة الشمس ورخص ثمنها، وهي متوفرة في الأسواق وتستخدم في أنظمة بقدرة أعداد كبيرة من اكيوواط.[1][2][3]
مقدمة
عدل
تعود أبحاث تيلوريد الكادميوم CdTe إلى الخمسينيات من القرن الماضي. ,[4][5][6][7][8][9] حيث اكتشف أن تلك المادة لها حيز واسع يبلغ نحو 5و1 إلكترون فولت (في البنية الجزئية) مطابقة تماما لتوزيع الفوتونات في طيف الشمس من وجهة إمكانيتها لتحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء. وتصمم الرقائق كوصلات مختلفة مكونة من طبقة تيلوريد الكادميوم CdTe من نوع p شبه موصل ملتحمة بطبقة من سلفيد الكادميوم CdS وهو مادة شبه موصلة أيضا من نوع n. واكتملت الخلية بتوصيل رقيقة علوية تسمح بنفاذ الضوء إليها ورقيقة أخرى كقاعدة من أسفل. وسبقت شركة جنرال إليكتريك في إنتاج خلايا سولفيد الكادموم/ تيلوريد الكادميوم في الستينيات من القرن الماضي. </ref> ثم اسرعت شركة كوداك وماتسوشيتا إليكتريك إندستريال ومونوسولار في الانتباه واجراء البحوث لتحسين تلك الرقائق بغرض بيعها في الأسواق. وصلت كفاءة الرقائق في التسعينيات من القرن الماضي إلى نحو 10% في تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية.[10]
كفاءة الخلية
عدل
وصلت أحسن كفاءة للخلايا الشمسية إلى نحو 16.5% في عام 2001. .[11] ويأمل المنتجون في تحسين الوصلات بين الطبقات لرفع الكفاءة.كما سعوا إلى تحسينات أيضا في عملية تشويب تيلوريد الكادميوم التي تستخدم فيها كلوريد الكادميوم. ونظرا لأن تيلوريد الكادميوم له حيز طاقة واسع ولذلك يصلح لعمل رقيقة ذات وصلة واحدة، فمن المتوقع أن ترتفع كفاءة الرقيقة إلى 20 %.
الإنتاج العالمي
عدلتقدمت منتجات شركة «فيرست سولار» في إنتاج رقائق تيلوريد الكادميوم وتمد السوق حاليا بقدرة تصل إلى 2300 ميجاوات. ولم تسهوا شركة جنرال إليكتريك فهي حاليا في سبيل زيادة إنتاجيتها وبناء مصنع جديد في كولورادو. وتعمل جنرال إليكترك فوق ذلك في أنتاج الطاقة الكهربائية من الرياح حيث تنتج توربينات الهواء وابتلعت شركة إنرون Enron عام 2002 عندما أشرفت على الإفلاس.وبينما كان حجم مبيعات جنرال إليكتريك حتى 2000 عدة ملايين دولار في مجال طاقة الرياح فهي تستعد حاليا لإقامة مصانع بتكلفة 6 مليارات دولار.
وفي أوروبا توجد شركات كبيرة لإنتاج الرقائق من ضمنها شركتي فيستاس Vestasو جاميسا Gamesa. وفي الصين تعمل شركتي سنتك باور وترينا سولار على إنتاج الرقائق وتعمل تكلفة العمالة الرخيصة لديها على منافسة المنتجين في أوروبا وأمريكا.
زاد استغال الطاقة الشمسية في الولايات المتحدة الأمريكية عام 2010 بنسبة 67%، ومع ذلك فلا يتعدى أنتاجها أكثر من 1% من مجمل الطاقة الكهربائية كلها. وقدعملت التحسينات في كفاءة الرقائق وخفض تكلفة تصنيعها على التخطيط لزيادتها، مع إقرانها عند الحاجة بمحطات قوى تعمل بالغاز الطبيعي، أو بالمولدات التي تعمل طاقة الرياح. ويعتقد مدير شركة جنرال إليكتريك أن تكلفة الكهرباء من رقائق الطاقة الشمسية ستصبح أقل تكلفة من إنتاجها من الوقود الأحفوري.
أرقام عام 2011
عدل- 73 % معدل زيادة إنتاج الكهرباء سنويا بواسطة أشعة الشمس في العالم.
- 4و7 ألف مليون واط كهرباء من الطاقة الشمسية حتى عام 2010.
- 1و0 % نسبة الإنتاج العالمي للكهرباء من الطاقة الشمسية من مجمل الطاقة المستهلكة.
وفي أمريكا وحدها:
- 11% من الطاقة الكهربية منتجة من الطاقة المتجددة
- قرار الحكومة الأمريكية بغرض أن يصل إنتاج الطاقة المتجدة إلى 33% من إنتاج الطاقة الكلي حتى عام 2020.
- 80% النسبة المسهدفة في أمريكا إنتاج الطاقة من الطاقة المتجددة عام 2035،
المراجع
عدل- ^ ا ب "Publications, Presentations, and News Database: Cadmium Telluride". National Renewable Energy Laboratory. مؤرشف من الأصل في 2011-06-11.
- ^ K. Zweibel, J. Mason, V. Fthenakis, "A Solar Grand Plan", Scientific American, Jan 2008. CdTe PV is the cheapest example of PV technologies and prices are about 16¢/kWh with US Southwest sunlight. "نسخة مؤرشفة". مؤرشف من الأصل في 2008-09-11. اطلع عليه بتاريخ 2011-08-12.
{{استشهاد ويب}}: صيانة الاستشهاد: BOT: original URL status unknown (link) - ^ Further mention of cost competitiveness: "Solar Power Lightens Up with Thin-Film Technology", Scientific American, April 2008. نسخة محفوظة 14 أكتوبر 2008 على موقع واي باك مشين.
- ^ D. A. Jenny and R. H. Bube (1954). "Semiconducting CdTe". Phys. Rev. ج. 96: 1190. DOI:10.1103/PhysRev.96.1190.
- ^ R. H. Bube (1955). "Photoconductivity of the Sulfide, Selenide, and Telluride of Zinc or Cadmium". Proceedings of the IRE. ج. 43 ع. 12: 1836–1850. DOI:10.1109/JRPROC.1955.278046. ISSN:0096-8390.
- ^ D. A. Cusano (1963). "CdTe Solar Cells and PV Heterojunctions in II-VI Compounds". Solid State Electronics. ج. 6: 217. DOI:10.1016/0038-1101(63)90078-9.
- ^ B. Goldstein (1958). "Properties of PV Films of CdTe". Phys. Rev. ج. 109: 601. DOI:10.1103/PhysRev.109.601.2.
- ^ Y. A. Vodakov, G. A. Lomakina, G. P. Naumov, Y. P. Maslakovets (1960). "A P-N Junction photocell made of CdTe". Soviet Physics, Solid State. ج. 2 ع. 1: 1.
{{استشهاد بدورية محكمة}}: صيانة الاستشهاد: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين (link) - ^ R. Colman, July 28, 1964 U.S. Patent 3٬142٬586
- ^ K. Zweibel (1995). "Thin Films Past Present and Future" (PDF). Nrel/tp-413-7486. مؤرشف من الأصل (free download pdf) في 2020-01-25.R. Noufi and K. Zweibel (2006). High-Efficiency CdTe and CIGS Thin-Film Solar Cells: Highlights and Challenges. National Renewable Energy Laboratory, Golden, CO 80401, USA. مؤرشف من الأصل في 2011-06-11.
- ^ X. Wu؛ وآخرون (أكتوبر 2001). High Efficiency CTO/ZTO/CdS/CdTe Polycrystalline Thin Film Solar Cells (PDF). NREL/CP-520-31025. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2017-08-09.
{{استشهاد بكتاب}}: Explicit use of et al. in:|مؤلف=(مساعدة). Since NREL’s X. Wu produced a cell with 16.5% efficiency using advanced front TCO material that allowed more light while being more conductive than prior cells.
