تلعب التفاعلات الكيميائية دورًا حيويًا في تصنيع المواد الكهروضوئية ، وهي ضرورية لإنتاج الخلايا الشمسية المستخدمة في أنظمة الطاقة الشمسية. تتضمن هذه التفاعلات تحويل المركبات الكيميائية المختلفة إلى المواد المرغوبة بخصائص محددة ضرورية لتحويل الطاقة الشمسية بكفاءة.
التفاعلات الكيميائية المستخدمة في صناعة المواد الكهروضوئية
- يعد السيليكون أحد المكونات الأساسية في المواد الكهروضوئية، والذي يتم الحصول عليه عادةً من خلال تفاعل السيليكا (SiO2) مع الكربون والحرارة في الفرن. تُعرف هذه العملية بالاختزال الحراري للكربوهيدرات، وتنتج السيليكون المعدني الذي يمكن صقله إلى السيليكون عالي النقاء المطلوب للخلايا الشمسية.
- لإنشاء خصائص أشباه الموصلات اللازمة لتحويل الطاقة الشمسية، فإن رقاقات السيليكون مخدرة بشوائب معينة. يتم تحقيق ذلك من خلال عملية تسمى غرس الأيونات، حيث يتم إدخال الذرات المثبطة، مثل الفوسفور أو البورون، في شبكة السيليكون عن طريق قصف الرقائق بالأيونات. تعمل الإشابات على تغيير الخصائص الكهربائية للسيليكون، مما يؤدي إلى إنشاء مناطق بها إلكترونات زائدة أو ناقصة، وهو أمر ضروري لعمل الخلايا الشمسية.
- تفاعل حرج آخر ينطوي على ترسيب أغشية رقيقة من المواد الكهروضوئية. على سبيل المثال غالبًا ما تستخدم الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة مركبات مثل تيلورايد الكادميوم (CdTe) أو سيلينيد الإنديوم الغاليوم النحاسي (CIGS). يمكن تصنيع هذه المواد باستخدام تقنيات الترسيب المختلفة، بما في ذلك ترسيب البخار الكيميائي (CVD) والترسيب الفيزيائي للبخار (PVD). تتضمن هذه العمليات تفاعلات كيميائية حيث يتم تحويل الغازات أو المواد الأولية إلى أغشية صلبة على سطح الخلية الشمسية.
- فإن إنشاء طلاءات موصلة شفافة أمر ضروري لامتصاص الضوء بكفاءة ونقل الإلكترون داخل الخلايا الشمسية. أكسيد قصدير الإنديوم (ITO) مادة شائعة الاستخدام لمثل هذه الطلاءات. يتشكل عادة من خلال تفاعل أكسيد الإنديوم وأكسيد القصدير، متبوعًا بعمليات الترسيب والتلدين.
باختصار يتضمن تصنيع المواد الكهروضوئية مجموعة من التفاعلات الكيميائية ، من إنتاج السيليكون عالي النقاء إلى تعاطي المنشطات من رقائق أشباه الموصلات وترسيب الأغشية الرقيقة. تمكن هذه التفاعلات من تكوين مواد ذات الخصائص المرغوبة لتحويل الطاقة الشمسية بكفاءة. يعد البحث المستمر والابتكار في التفاعلات الكيميائية أمرًا بالغ الأهمية لتعزيز الكفاءة والمتانة والقدرة على تحمل تكاليف المواد الكهروضوئية ، مما يؤدي في النهاية إلى تبني تقنيات الطاقة الشمسية على نطاق واسع.
