مكونات الخلية الشمسية

الخلية الشمسيّة، أو الخلية الضوئيّة، أو الخلية الكهروضوئية (Photovoltaic cells) وتُختصر بـ (PV Cells) جميعها تُشير إلى لوحة إلكترونيّة يتمّ فيها تجميع بعض المواد التي لها القدرة على امتصاص الفوتونات الساقطة عليها من أشعة الشمس ومن ثمّ تحويلها إلى تيّار كهربائي بالاستفادة من خصائص المواد المكوّنة لها كالسيليكون الذي يتم تصنيعه من الرمل؛ فعند سقوط الضوء عليه تتحرّك فيه الإلكترونات منتجةً تياراً كهربائياً يسري في موصل، وبالتالي يُمكن إنتاج الطاقة الكهربائية بالاستفادة من الطاقة الشمسيّة التي تُعدّ من مصادر الطاقة البديلة والنظيفة، فهي لا تتسبّب في تلوث البيئة، كما أنّها متجددة ولا تنضب، ولكن التقنيات المستخدمة حالياً لا تُنتج كمياتٍ كبيرةً من الطاقة الكهربائية وبالتالي فإنّها غير كافية لسد حاجات الإنسان من الطاقة.

تتكوّن الخلية الشمسية من عدة طبقات وهي:

• طبقتان حساستان للضوء، وتتكون من المواد الكهروضوئية: وهي عبارة عن أشباه موصلات مثل عنصر السيليكون المضاف إليه بعض الشوائب لتكوين طبقتين مختلفتين، وهما:
  • النوع الأول N-Type : وهي عبارة عن طبقة مكوّنة من عنصر السيليكون النقيّ، مع مقدارٍ قليلٍ جداً من الفسفور؛ بحيث يُكوّن العنصران روابط تشاركيّة بين ذراتهما؛ حيث إنّ السيليكون يمتلك أربع روابط في مداره الأخير، أمّا الفسفور فلديه خمسة إلكترونات، مما ينتج عنه إلكترون وحيد حر، يُمكن الاستغناء عنه في أيّ لحظة بسبب اكتمال المدارات، ويُسمّى هذا الإلكترون الحامل السالب الحرّ.
  • النوع الثاني P-Type : وهي عبارة عن طبقة مكوّنة من السيليكون النقيّ والبورون؛ بحيث يكوّن العنصران روابط تشاركيّة بين ذراتهما، فالبورون يمتلك ثلاثة إلكترونات في مداره الأخير، بينما السيليكون يمتلك أربعة، ممّا يجعل الرابطة بينهما غير مكتملة وتحتاج إلى إلكترونٍ إضافيٍّ وهو ما يسمّى بالثقب أو الحامل الموجب.
• طبقان من الأسلاك: تحتوي الخليّة الشمسية على طبقتين مكونتين من شبكة من الأسلاك النحاسيّة، إحداها في الأعلى وتسمى كاثود، والأخرى في الأسفل وتسمى آنود.
• طبقة غير عاكسة من الزجاج: تُغطّى الخلايا الشمسيّة بطبقة زُجاج تسمح بمرور الضوء من خلالها، ولا تسمح له بالارتداد، وبالتالي يُمكن استغلال أكبر قدر من الضوء.

عند سقوط فوتونات الضوء على الطبقة العلويّة السالبة من السيليكون وبوجود الزجاج الذي لا يسمح له بالانعكاس، تتحرّك الإلكترونات الحرّة بين روابط الفسفور والسيليكون وتتّجه إلى الثقوب أو الفجوات، ممّا يتسبب في تكوّن جهدٍ مستمر في الخلية، وبالتالي مرور تيار كهربائي بين الكاثود والآنود.