في مقال مفتوح الوصول بعنوان “ابتكار الأجهزة الكهروضوئية لمستقبل الطاقة الشمسية” ، قدمت مجموعة من عشرة علماء توقعات حول التطوير المستقبلي لتقنيات الخلايا الكهروضوئية الرئيسية (PV) على مدى السنوات الخمس المقبلة. على الرغم من أن القدرة المركبة في جميع أنحاء العالم من الكهروضوئية تتجاوز 1 تيراواط (1 جيجاواط) ، فإن مساهمة الكهروضوئية في توليد الكهرباء العالمية لا تزال صغيرة نسبيا بنسبة 000٪ إلى 5٪. لتلبية الحاجة الملحة للحد من انبعاثات غازات الدفيئة على نطاق واسع ، يؤكد الباحثون على أهمية نشر التكنولوجيا الكهروضوئية. حتى التطورات الصغيرة في الكفاءة والموثوقية وكفاءة التصنيع يمكن أن يكون لها تأثير كبير على نطاق متعدد التيراواط ، مما يجعل توليد الطاقة الكهروضوئية عرضا ذا قيمة مقنعة.
حاليا ، تهيمن تقنية السيليكون الكهروضوئية البلورية على السوق بحصة سوقية تبلغ 95٪ في عام 2022. ومع ذلك ، في المستقبل حيث الكهروضوئية في كل مكان ، قد تصبح تقنيات متعددة مكملة أو مجتمعة. يتوقع العلماء أن تقنية السيليكون الكهروضوئية المعروفة باسم TOPCon (ملامسة تخميل أكسيد النفق) ستتجاوز إنتاج PERC (باعث التخميل والخلية الخلفية) الشائع الاستخدام بحلول عام 2025 وتصبح التكنولوجيا المفضلة لتصنيع الخلايا الجديدة في الولايات المتحدة.
يناقش المقال أيضا التطورات في خلايا السيليكون الكهروضوئية البلورية ، والتي تقترب من كفاءتها النظرية القصوى البالغة 29.4٪. يسلط الباحثون الضوء على الحاجة إلى مواصلة البحث في تقنية TOPCon المتقدمة وتقنية الوصلات غير المتجانسة (HJT) ، بالإضافة إلى دمجها مع هياكل الاتصال الخلفي المتداخلة (IBC). يمكن أن تحقق هذه التطورات كفاءة عملية نهائية بنسبة 28٪ بحلول عام 2025.
كما يتم استكشاف تقنيات الخلايا الشمسية الترادفية في المقالة ، مع التركيز بشكل خاص على الخلايا الترادفية المتجانسة ثنائية الطرفين من البيروفسكايت / السيليكون. يعتبر هذا النهج الحل الواعد والفعال من حيث التكلفة للتغلب على حد كفاءة الخلايا أحادية التوصيل. على الرغم من توقع كفاءات أكبر من 30٪ للخلايا ذات المساحة الكبيرة ، إلا أن هناك حاجة إلى تحسينات في الاستقرار لتحقيق نفس التكلفة المستوية للكهرباء (LCOE) مثل التقنيات المعمول بها.
تتطرق المقالة بإيجاز إلى التقنيات الكهروضوئية الأخرى ، مثل تيلوريد الكادميوم (CdTe) و CIGS (النحاس والإنديوم والغاليوم والسيلينيوم). بالنسبة ل CdTe ، يتوقع الباحثون أن الخلايا المخدرة بمادة المجموعة الخامسة ستصبح المنصة الأساسية للبحث والتطوير والتصنيع. في حالة CIGS ، يستكشف الباحثون التطبيقات الترادفية مع مواد مختلفة ، بما في ذلك CdTe أو السيليكون أو السبائك القائمة على CIGS.
وأخيرا، يقترح المؤلفون أن الخلايا الكهروضوئية متعددة الوصلات III-V، التي تستخدم فجوات نطاق متعددة لامتصاص مناطق مختلفة من الطيف الشمسي، يمكن أن تمكن من توليد طاقة فضائية كبيرة. هذه الخلايا لديها القدرة على تحقيق كفاءات تزيد عن 45٪ وهي ذات أهمية للتطبيقات الفضائية.
تقدم هذه المقالة لمحة عن مستقبل تقنيات الخلايا الكهروضوئية بناء على رؤى وتوقعات كبار العلماء في هذا المجال. ويؤكد على الحاجة إلى الابتكار المستمر لتحقيق نشر واسع النطاق للطاقة الكهروضوئية والتخفيف من آثار تغير المناخ. تحمل التطورات التي تمت مناقشتها في هذه المقالة إمكانات كبيرة لصناعة الطاقة الشمسية وتساهم في مستقبل طاقة أكثر استدامة ونظيفة.
