الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة

الخلية الشمسية ذات الأغشية الرقيقة هي عبارة عن خلية شمسية من الجيل الثاني يتم تصنيعها عن طريق ترسيب طبقة رقيقة واحدة أو أكثر ، أو طبقة رقيقة من المواد الضوئية على ركيزة ، مثل الزجاج أو البلاستيك أو المعدن. يتم استخدام الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة بشكل تجاري في العديد من التقنيات ، بما في ذلك تيلوريد الكادميوم (CdTe) ، و diselenide غاليوم الإنديوم النحاسي (CIGS) ، والسيليكون الرقيق غير المتبلور (أي سي ، TF-Si).

تتراوح سماكة الفيلم من بضع نانومترات (nm) إلى عشرات من الميكرومترات (µm) ، وهي تقنية أرق بكثير من التقنية المتنافسة للأغشية الرقيقة ، وهي الخلية الشمسية التقليدية المتقنة من الجيل الأول (c-Si) ، والتي تستخدم رقائق تصل إلى 200 ميكرون. هذا يسمح لخلايا الفيلم الرقيقة أن تكون مرنة ، وخفض الوزن. يتم استخدامه في بناء الخلايا الكهروضوئية المتكاملة وكمادة شبه زجاجية فوتوضوئية يمكن لصقها على النوافذ. تستخدم التطبيقات التجارية الأخرى الألواح الشمسية للأغشية الرقيقة الصلبة (المحصورة بين طبقتين من الزجاج) في بعض أكبر محطات الطاقة الكهروضوئية في العالم.

لطالما كانت تكنولوجيا الأغشية الرقيقة أرخص ولكن أقل كفاءة من تقنية السي سي التقليدية. ومع ذلك ، فقد تحسنت بشكل ملحوظ على مر السنين. إن كفاءة الخلايا المعملية للـ CdT و CIGS تتجاوز الآن 21 في المائة ، متفوقة بذلك على السيليكون متعدد البلورات ، المادة المهيمنة المستخدمة حالياً في معظم الأنظمة الكهروضوئية الشمسية. 23،24 اختبار العمر المعجل لوحدات الغشاء الرقيق تحت ظروف المختبر يقاس بتدهور أسرع إلى حد ما بالمقارنة مع PV التقليدية ، في حين من المتوقع عموما عمر 20 عاما أو أكثر. وعلى الرغم من هذه التحسينات ، لم تصل حصة السوق من الأغشية الرقيقة إلى أكثر من 20 في المائة في العقدين الأخيرين ، وقد تراجعت في السنوات الأخيرة إلى حوالي 9 في المائة من المنشآت الكهروضوئية في جميع أنحاء العالم في عام 2013. 18:19

غالبًا ما تُصنَّف تقنيات أخرى للأغشية الرقيقة لا تزال في مرحلة مبكرة من الأبحاث الجارية أو محدودة التوافر التجاري كخلايا فوتوضوئية ناشئة أو الجيل الثالث ، وتشمل الخلايا الشمسية العضوية والمتحسنة الصبغية والبوليمر ، فضلاً عن نقطة الكم والنحاس. الزنك كبريتيد القصدير ، nanocrystal ، micromorph ، والخلايا الشمسية perovskite.

أنواع
يتم تصنيع العديد من المواد الضوئية بطرق إيداع مختلفة على مجموعة متنوعة من الركائز. تصنف الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة عادةً وفقًا للمواد الضوئية المستخدمة:

السيليكون غير المتبلور (أ – سي) والسينما الرقيقة الأخرى (TF-Si)
الكادميوم تيلورايد (CdTe)
النحاس الغاليوم الإنديوم والسيلنيوم (رابطة الدول المستقلة أو CIGS)
الخلايا الشمسية الحساسة بواسطة الصبغة (DSC) والخلايا الشمسية العضوية الأخرى.

التاريخ
تشتهر خلايا الأغشية الرقيقة منذ أواخر السبعينيات ، عندما ظهرت الآلات الحاسبة الشمسية التي تعمل بشريط صغير من السيليكون غير المتبلور في السوق.

وهي متوفرة الآن في وحدات كبيرة جدا تستخدم في المنشآت المتطورة لبناء المباني وأنظمة شحن السيارات.

على الرغم من أن تقنية الأغشية الرقيقة من المتوقع أن تحقق تقدمًا ملحوظًا في السوق وأن تتفوق على تكنولوجيا السيليكون المتبلور التقليدية المسيطرة (c-Si) على المدى الطويل ، إلا أن حصة السوق أخذت في الانخفاض منذ عدة سنوات حتى الآن. بينما في عام 2010 ، عندما كان هناك نقص في الوحدات الكهروضوئية التقليدية ، استحوذت الطبقة الرقيقة على 15 في المائة من السوق ككل ، وانخفضت إلى 8 في المائة في عام 2014 ، ومن المتوقع أن تستقر عند 7 في المائة من عام 2015 فصاعداً ، مع توقع أن تكون السليكون غير المتبلور لتخسر نصف حصتها في السوق بحلول نهاية العقد.

المواد
تقلل تقنيات الأغشية الرقيقة من كمية المادة النشطة في الخلية. معظم المواد النشطة شطيرة بين اثنين من الزجاج. وبما أن الألواح الشمسية المصنوعة من السيليكون لا تستخدم سوى جزء واحد من الزجاج ، فإن الألواح الرقيقة تكون مثقلة بما يقرب من ضعف ألواح السليكون البلورية ، على الرغم من أنها ذات تأثير إيكولوجي أصغر (يتم تحديده من تحليل دورة الحياة). غالبية لوحات الفيلم لديها كفاءات تحويل أقل من 2-3 نقاط مئوية من السيليكون البلوري. الكيلميوم تيلورايد (CdTe) ، سيلينيد جاليوم الإنديوم النحاسي (CIGS) والسيليكون غير المتبلور (أ – سي) هي ثلاثة تكنولوجيا رقيقة تستخدم غالباً للتطبيقات الخارجية.

الكادميوم تيلورايد
الكادميوم تيلورايد (CdTe) هو تكنولوجيا الأغشية الرقيقة الغالبة. مع حوالي 5 في المائة من إنتاج الألواح الكهروضوئية في جميع أنحاء العالم ، فإنها تمثل أكثر من نصف سوق الأفلام الرقيقة. كما ازدادت كفاءة معمل الخلية بشكل ملحوظ في السنوات الأخيرة ، وهي على قدم المساواة مع فيلم CIGS الرقيق وقريبة من كفاءة السيليكون متعدد البلورات اعتبارًا من عام 2013. 24: 25 أيضًا ، CdTe لديه أدنى زمن استرداد للطاقة لكل كتلة يمكن أن تصل مدة إنتاجها إلى ثمانية أشهر في المواقع المواتية. 31 المنتج البارز هو شركة فيرست سولار الأمريكية التي مقرها في تيمبي ، أريزونا ، والتي تنتج لوحات CdTe بكفاءة تبلغ حوالي 14٪ في تكلفة 0.59 دولار لكل واط.

على الرغم من أن سمية الكادميوم قد لا تكون مشكلة كبيرة واهتمامات بيئية يتم حلها بالكامل مع إعادة تدوير وحدات CdTe في نهاية عمرها ، إلا أنه لا تزال هناك شكوك ورأي عام يشكك في هذه التكنولوجيا. قد يصبح استخدام المواد النادرة أيضًا عاملاً مقيدًا للتوسع الصناعي لتكنولوجيا الأفلام الرقيقة CdTe. إن ندرة التيلوريوم – والتي تمثل التيلوريد (بالإنجليزية: telluride) هي شكل أنيوني (anionic form) – يمكن مقارنتها ببلاتينيوم البلاتين في قشرة الأرض وتساهم بشكل كبير في تكلفة الوحدة.

النحاس الإنديوم غاليوم سيلينيد
تستخدم خلية شمسية من سيلينيوم غاليوم النحاس الإنديوم أو CIGS ماص مصنوع من النحاس والإنديوم والغاليوم والسيلينايد (CIGS) ، في حين يتم اختزال أنواع خالية من الجاليوم من مواد شبه الموصلات CIS. وهي واحدة من ثلاثة تكنولوجيات ذات أغشية رقيقة ، أما النوعان الآخران فيتمثلان في مادة تيلوريد الكادميوم والسيليكون غير المتبلور ، مع كفاءة مخبرية تزيد على 20 في المائة وحصة من 2 في المائة في سوق الألواح الضوئية الكلي في عام 2013. منتج بارز من CIGS الأسطوانية وكانت اللوحات هي شركة Solyndra المفلسة الآن في Fremont ، كاليفورنيا. الطرق التقليدية لتصنيع تشمل العمليات الفراغ بما في ذلك التبخر المشترك والبخار. في عام 2008 ، أعلنت شركتا IBM و Tokyo Ohka Kogyo Co.، Ltd (TOK) أنهما قد طورتا عملية تصنيع جديدة غير فراغية قائمة على الحلول لخلايا CIGS وتهدفان إلى تحقيق كفاءات بنسبة 15٪ وما بعدها.

تم استخدام التصوير النقطي لتمييز هذه الخلايا. تمكن باحثون من IRDEP (معهد الأبحاث والتطوير في الطاقة الضوئية) بالتعاون مع الفوتون الخ. من تحديد تقطيم مستوى شبه فيرمي باستخدام رسم خرائط ضوئية في حين تم استخدام بيانات اللمعان الكهربائي لاشتقاق الكفاءة الكمية الخارجية (EQE) . أيضا ، من خلال تجربة رسم الخرائط الحالية (LBIC) شعاع الضوء ، يمكن تحديد EQE للخلية الشمسية CIGS microcrystalline في أي نقطة في مجال الرؤية.

اعتبارا من سبتمبر 2014 ، سجل كفاءة التحويل الحالي لخلية CIGS في المختبر يقف عند 21.7 ٪.

السيليكون
تهيمن ثلاثة تصاميم رئيسية للسيليكون على أساس:

خلايا السليكون غير المتبلور
الخلايا الترادفية غير المتبلور / الجريزوفولفين (micromorph)
أغشية رقيقة من الكريستالات على الزجاج.

السيليكون غير المتبلور
السليكون غير المتبلور (أ – سي) هو شكل غير تألقي ، من السيليكون ، وتكنولوجيا الأفلام الرقيقة الأكثر تطورًا حتى الآن. السليكون الأغشية الرقيقة هو بديل للسليكون البلوري التقليدي (أو السائب). في حين تم تطوير خلايا الأغشية الرقيقة CdTe و CIS في المختبر بنجاح كبير ، لا يزال هناك اهتمام صناعي بخلايا الفيلم الرقيقة القائمة على السيليكون. وتبدي الأجهزة القائمة على السيليكون مشكلات أقل من نظيراتها CdTe و CIS مثل مشكلات السمية والرطوبة مع خلايا CdTe وانخفاض إنتاجية التصنيع في CIS بسبب تعقيد المواد. بالإضافة إلى ذلك ، بسبب المقاومة السياسية لاستخدام المواد غير “الخضراء” في إنتاج الطاقة الشمسية ، لا يوجد وصمة في استخدام السيليكون القياسي.

يتم تصنيع هذا النوع من الخلايا الرقيقة غالبًا بواسطة تقنية تسمى ترسيب البخار الكيميائي المحسن للبلازما. ويستخدم مزيجًا غازيًا من سيلان (SiH4) وهيدروجين لإيداع طبقة رقيقة جدًا من 1 ميكرومتر فقط (ميكرومتر) من السيليكون على طبقة سفلية ، مثل الزجاج أو البلاستيك أو المعدن ، التي تم تغليفها بالفعل بطبقة من التوصيل الشفاف. أكسيد. الطرق الأخرى المستخدمة لإيداع السيليكون غير متبلور على الركيزة تشمل تقنيات الترسيب الرذاذ وأبخرة الأسلاك الكيميائية الساخنة.

a-Si جذابة كمواد الخلايا الشمسية لأنها مادة وفيرة وغير سامة. إنها تتطلب درجة حرارة معالجة منخفضة وتمكن من إنتاج قابل للتوسع على أساس مرن منخفض التكلفة مع مادة سيليكون قليلة مطلوبة. نظرًا لكونها ذات فجوة نطاق تصل إلى 1.7 فولتًا ، فإن السيليكون غير المتبلور يمتص أيضًا نطاقًا واسعًا للغاية من طيف الضوء ، الذي يشمل الأشعة تحت الحمراء وحتى الأشعة فوق البنفسجية ، كما أنه يعمل بشكل جيد جدًا عند الضوء الضعيف. وهذا يسمح للخلية بتوليد الطاقة في الصباح الباكر أو في وقت متأخر من بعد الظهر وفي الأيام الملبدة بالغيوم والمطر ، خلافا للخلايا السليكونية البلورية ، التي تكون أقل كفاءة بشكل ملحوظ عندما تتعرض لضوء النهار المنتشر وغير المباشر.

ومع ذلك ، فإن كفاءة خلية أي سي تعاني من انخفاض كبير من حوالي 10 إلى 30 في المئة خلال الأشهر الستة الأولى من العملية. وهذا ما يسمى تأثير Staebler-Wronski (SWE) – وهو فقدان نموذجي في الناتج الكهربائي بسبب التغيرات في الموصلية الضوئية والتوصيل المظلمة الناجمة عن التعرض الطويل لأشعة الشمس. على الرغم من أن هذا الانحطاط يمكن عكسه تمامًا عند التلدين عند أو فوق 150 درجة مئوية ، إلا أن الخلايا الشمسية التقليدية c-Si لا تظهر هذا التأثير في المقام الأول.

هيكلها الإلكتروني الأساسي هو تقاطع الدبوس. إن التركيب الغير متبلور للسي سي ينطوي على اضطراب متأصل كبير وسندات متدلية ، مما يجعله موصل سيئ لشركات الشحن. هذه السندات المتدلية تعمل كمراكز لإعادة التركيب التي تقلل بشدة من عمر الناقل. عادة ما يستخدم هيكل دبوس ، بدلا من بنية الورك. ويرجع ذلك إلى أن حركة الإلكترونات في Si-H: H هي تقريباً 1 أو 2 رتبة من الحجم أكبر من الثقوب ، وبالتالي فإن معدل جمع الإلكترونات التي تنتقل من n إلى P نوع الاتصال أفضل من الثقوب التي تنتقل من p- إلى نوع n الاتصال. لذلك ، يجب وضع طبقة من النوع p في الأعلى حيث تكون شدة الضوء أقوى ، بحيث تكون غالبية حاملات الشحن التي تقاطع الوصلة هي إلكترونات.

خلية ترادفية تستخدم Si-μc-Si
يمكن دمج طبقة من السليكون غير المتبلور مع طبقات من أشكال التألق الأخرى من السيليكون لإنتاج خلية شمسية متعددة الوصلات. عندما يتم الجمع بين طبقتين فقط (تقاطعين pn) ، يطلق عليه خلية ترادفية. عن طريق تكديس هذه الطبقات فوق بعضها البعض ، يتم امتصاص مجموعة أوسع من أطياف الضوء ، مما يحسن الكفاءة الكلية للخلية.

في السليكون الصغري ، يتم دمج طبقة من السليكون البلوري microcrystalline (μc-Si) مع السيليكون غير المتبلور ، مما يؤدي إلى تكوين خلية ترادفية. الطبقة العليا من Si تمتص الضوء المرئي ، تاركة جزء الأشعة تحت الحمراء إلى الطبقة السفلية μc-Si. كان مفهوم الخلايا المجهرية المكروية رائدًا وحاصل على براءة اختراع في معهد التكنولوجيا الدقيقة (IMT) التابع لجامعة نوشاتيل في سويسرا ، وتم ترخيصه لـ TEL Solar. تم اعتماد وحدة PV جديدة قياسية على أساس مفهوم micromorph مع كفاءة وحدة 12.24 ٪ بشكل مستقل في يوليو 2014.

لأن كل الطبقات مصنوعة من السيليكون ، يمكن تصنيعها باستخدام PECVD. فجوة النطاق a-Si هي 1.7 eV و C-Si هي 1.1 eV. يمكن أن تمتص طبقة c-Si الضوء الأحمر والأشعة تحت الحمراء. يمكن تحقيق أفضل كفاءة عند الانتقال بين a-Si و c-Si. بما أن السيلكون النانوي (nc-Si) له نفس فجوة الحزمة مثل c-Si ، يمكن لـ nc-Si أن يحل محل c-Si.

خلية ترادفية باستخدام Si-pc-Si
كما يمكن الجمع بين السيليكون غير المتبلور والسيليكون المتبلور (pc-Si) في خلية ترادفية. السليكون المتبلور مع جزء منخفض من السليكون النانوي هو الأمثل لجهد الدائرة المفتوحة العالية. هذه الأنواع من السليكون تمثل الروابط المتدلية الملتوية ، والتي تؤدي إلى عيوب عميقة (مستويات الطاقة في فجوة نطاقها) وكذلك تشوه نطاقات التكافؤ والتوصيل (ذيول النطاق).

سيليكون متعدد الكريستالات على الزجاج
هناك محاولة جديدة لدمج مزايا السليكون السائب مع تلك الخاصة بأجهزة الأغشية الرقيقة السيليكون السليكون متعدد البلورات على الزجاج. يتم إنتاج هذه الوحدات عن طريق ترصيص طلاء مضاد للانعكاس وسليكون مخدر على ركائز زجاجية محززة باستخدام ترسيب بخار كيميائي محسن بالبلازما (PECVD). يعزز النسيج الموجود في الزجاج من كفاءة الخلية بنسبة 3٪ تقريبًا عن طريق تقليل كمية الضوء الساقط الذي ينعكس من الخلية الشمسية ومصباح الضوء داخل الخلية الشمسية. تبلور فيلم السيليكون من خلال خطوة الصلب ، ودرجات الحرارة من 400-600 درجة مئوية ، مما يؤدي إلى السيليكون متعدد البلورات.

تظهر هذه الأجهزة الجديدة كفاءة تحويل الطاقة بنسبة 8٪ وعوائد التصنيع العالية من> 90٪. السليكون البلوري على الزجاج (CSG) ، حيث السليكون متعدد الكريستالات 1-2 ميكرومتر ، يلاحظ لاستقراره ومتانة ؛ ويسهم استخدام تقنيات الأغشية الرقيقة أيضًا في توفير التكاليف على الخلايا الكهروضوئية السائبة. لا تتطلب هذه الوحدات وجود طبقة أكسيد موصلة شفافة. هذا يبسط عملية الإنتاج ذات شقين. لا يمكن فقط تخطي هذه الخطوة ، ولكن غياب هذه الطبقة يجعل عملية بناء مخطط الاتصال أكثر بساطة. كل من هذه التبسيط يقللان من تكلفة الإنتاج. على الرغم من المزايا العديدة على التصميم البديل ، فإن تقديرات تكلفة الإنتاج على أساس كل وحدة مساحة تبين أن هذه الأجهزة يمكن مقارنتها بتكلفة الخلايا أحادية الطبقة الرقيقة غير المتبلرة.

مركب الزرنيخ
كما يستخدم زرنيخيد جاليوم أشباه الموصلات (GaAs) للخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة أحادية البلورة. على الرغم من أن خلايا GaAs غالية الثمن ، إلا أنها تحمل الرقم القياسي العالمي للخلية الشمسية ذات الكفاءة الأعلى والوحدة عند 28.8٪. تستخدم GaAs بشكل أكثر شيوعًا في الخلايا الشمسية متعددة الوصلات للألواح الشمسية في المركبات الفضائية ، حيث تفضل الصناعة الكفاءة على تكلفة الطاقة الشمسية المستندة إلى الفضاء (InGaP / (In) GaAs / Ge cells). كما أنها تستخدم في الخلايا الكهروضوئية المركزة ، وهي تكنولوجيا ناشئة تتلاءم بشكل أفضل مع المواقع التي تتلقى الكثير من أشعة الشمس ، وذلك باستخدام العدسات لتركيز ضوء الشمس على أصغر الخلايا الشمسية المركزة GaAs.

الخلايا الكهروضوئية الناشئة
يصنف المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) عددًا من تقنيات الأغشية الرقيقة مثل الخلايا الكهروضوئية الناشئة – ومعظمها لم يتم تطبيقه تجاريًا ولا يزال في مرحلة البحث أو التطوير. يستخدم العديد من المواد العضوية ، وغالبا ما تكون المركبات الفلزية العضوية وكذلك المواد غير العضوية. على الرغم من حقيقة أن كفاءاتهم كانت منخفضة وكان استقرار مواد الامتصاص غالباً ما يكون قصيراً للغاية بالنسبة للتطبيقات التجارية ، فهناك الكثير من الأبحاث المستثمرة في هذه التقنيات حيث أنها تعد بتحقيق هدف إنتاج منخفضة التكلفة وعالية الكفاءة الخلايا الشمسية.

تشمل الخلايا الكهروضوئية الناشئة ، التي غالباً ما يطلق عليها الخلايا الضوئية من الجيل الثالث ، ما يلي:

النحاس الزنك كبريتيد القصدير الخلايا الشمسية (CZTS) ، وينتج CZTSe و CZTSSe
خلية شمسية ذات حساسية صبغة ، تعرف أيضًا باسم “خلية Grätzel”
الخلايا الشمسية العضوية
Perovskite الخلايا الشمسية
الخلايا الشمسية البوليمر
الخلية الشمسية نقطة الكم

وقد لقيت الإنجازات التي تحققت في أبحاث الخلايا البيروفسكيتية اهتماما خاصا في أوساط الجمهور ، حيث ارتفعت كفائتها البحثية مؤخرا إلى أكثر من 20 في المائة. كما أنها توفر مجموعة واسعة من التطبيقات منخفضة التكلفة. بالإضافة إلى ذلك ، هناك تكنولوجيا ناشئة أخرى ، وهي الخلايا الكهروضوئية المركزة (CPV) ، تستخدم خلايا شمسية عالية الكفاءة ومتعددة الوصلات مع العدسات البصرية ونظام التتبع.

الكفاءات
بدأت التحسينات الإضافية في الكفاءة مع اختراع أول خلية شمسية حديثة السيليكون في عام 1954. وبحلول عام 2010 ، أدت هذه التحسينات الثابتة إلى وحدات قادرة على تحويل 12 إلى 18 في المائة من الإشعاع الشمسي إلى كهرباء. استمرت التحسينات في الكفاءة في التسارع في السنوات منذ 2010 ، كما هو موضح في الرسم البياني المرفق.

تميل الخلايا المصنوعة من مواد أحدث إلى أن تكون أقل كفاءة من السليكون السائب ، ولكنها أقل تكلفة في الإنتاج. كما أن كفاءتها الكمية أقل بسبب انخفاض عدد ناقلات الشحنة التي تم جمعها لكل فوتون.

إن أداء وإمكانيات المواد ذات الأغشية الرقيقة عالية ، حيث تصل كفاءات الخلايا بنسبة تتراوح من 12 إلى 20٪. وحدة النموذج الأولي كفاءات من 7-13 ٪. ووحدات الإنتاج في نطاق 9 ٪. النموذج الأولي لخلايا الفيلم الرقيقة مع أفضل كفاءة ينتج 20.4 ٪ (الطاقة الشمسية الأولى) ، مقارنة بأفضل كفاءة النموذج التقليدي للخلايا الشمسية بنسبة 25.6 ٪ من باناسونيك.

توقع NREL مرة واحدة [متى] أن تنخفض التكاليف إلى أقل من 100 دولار / متر مربع في حجم الإنتاج ، ويمكن أن تنخفض لاحقًا إلى أقل من 50 دولارًا أمريكيًا للمتر المكعب.

تم تحقيق رقم قياسي جديد لكفاءة الخلايا الشمسية الرقيقة بنسبة 22.3٪ من خلال الحدود الشمسية التي تعد أكبر مزود للطاقة الشمسية في العالم. في بحث مشترك مع منظمة تنمية الطاقة الجديدة والتكنولوجيا الصناعية (NEDO) في اليابان ، حققت شركة Solar Frontier كفاءة تحويل تبلغ 22.3٪ على خلية 0.5 cm2 باستخدام تقنية CIS الخاصة بها. هذا هو زيادة بمقدار 0.6 نقطة مئوية عن الرقم القياسي السابق في صناعة الأفلام الرقيقة الذي بلغ 21.7٪.

استيعاب
تم استخدام تقنيات متعددة لزيادة كمية الضوء التي تدخل الخلية وتقليل الكمية التي تهرب دون امتصاص. تتمثل التقنية الأكثر وضوحًا في الحد من تغطية الاتصال العلوي لسطح الخلية ، مما يقلل المساحة التي تمنع الضوء من الوصول إلى الخلية.

يمكن دمج ضوء الطول الموجي الطويل الذي يمتص ضعفًا بشكل غير مباشر في السليكون ويجتاز الفيلم عدة مرات لتعزيز الامتصاص.

وقد تم تطوير طرق متعددة لزيادة الامتصاص عن طريق تقليل عدد الفوتونات التي تنعكس من سطح الخلية. يمكن أن يسبب الطلاء الإضافي المضاد للانعكاس تداخلاً مدمرًا داخل الخلية عن طريق تعديل مؤشر الانكسار لطلاء السطح. يزيل التداخل المدمر الموجة الانعكاسية ، مما يؤدي إلى دخول جميع الضوء الساقط إلى الخلية.

التركيب السطحي هو خيار آخر لزيادة الامتصاص ، ولكنه يزيد من التكاليف. من خلال تطبيق نسيج على سطح المادة الفعالة ، يمكن أن ينكسر الضوء المنعكس ليضرب السطح مرة أخرى ، وبالتالي يقلل الانعكاس. على سبيل المثال ، تكون تركيبة السليكون الأسود بواسطة النقش الأيوني النشط (RIE) طريقة فعالة واقتصادية لزيادة امتصاص الخلايا الشمسية السليكونية الرقيقة. يمكن لعاكس خلفي محكم أن يمنع الضوء من الهروب عبر مؤخرة الخلية.

بالإضافة إلى التركيب السطحي ، جذبت خطة Plushonic light trapping الكثير من الاهتمام لتحسين معزز الإضاءة في الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة. وتستفيد هذه الطريقة من التذبذب الجماعي للإلكترونات الحرة المستثارة في جسيمات النانو المعدنية النبيلة ، التي تتأثر بشكل الجسيمات وحجمها وخصائصها العازلة للوسط المحيط.

بالإضافة إلى تقليل الخسارة العاكسة ، يمكن تحسين مادة الخلايا الشمسية نفسها لزيادة فرصة امتصاص الفوتون الذي يصل إليها. يمكن لتقنيات المعالجة الحرارية أن تحسن بشكل كبير من جودة بلورات خلايا السيليكون وبالتالي زيادة الكفاءة. ويمكن أيضًا وضع طبقات رقيقة من الخلايا لإنشاء خلية شمسية متعددة الوصلات. يمكن تصميم فجوة النطاق لكل طبقة لاستيعاب مجموعة مختلفة من الأطوال الموجية على نحو أفضل ، بحيث يمكنها معا استيعاب قدر أكبر من الضوء.

يمكن لمزيد من التقدم في الاعتبارات الهندسية استغلال بُعد الأبعاد النانوية. تسمح صفائف كبيرة بحجم متوازي الأسلاك النانوية بطول الامتصاص الطويل بطول السلك مع الحفاظ على أطوال الانتشار القصيرة لأقلية الناقل على طول الاتجاه الشعاعي. إضافة الجسيمات النانوية بين الأسلاك النانوية يسمح بالتوصيل. تشكل الهندسة الطبيعية لهذه المصفوفات سطحًا محكمًا يحبس مزيدًا من الضوء.

الإنتاج والتكلفة والسوق
مع التقدم في تكنولوجيا السيلكون البلورية التقليدية (السي سي) في السنوات الأخيرة ، والتكلفة المنخفضة لمواد التغذية من البولي سيليكون ، التي تلت بعد فترة من النقص العالمي الحاد ، ازداد الضغط على الشركات المصنعة لتقنيات الأغشية الرقيقة التجارية ، بما في ذلك غير المتبلور الرقيق – silmyl (أ – سي) ، والكادميوم تيلوريد (CdTe) ، و diselenide الغاليوم الإنديوم النحاس (CIGS) ، مما أدى إلى إفلاس العديد من الشركات. اعتبارا من عام 2013 ، تواصل الشركات المصنعة للأغشية الرقيقة مواجهة المنافسة السعرية من المصافي الصينية للسيليكون ومصنعي الألواح الشمسية التقليدية من سي سي. تم بيع بعض الشركات مع براءات الاختراع الخاصة بها إلى الشركات الصينية بأقل من التكلفة.

الحصة السوقية
في عام 2013 ، استأثرت تقنيات الأغشية الرقيقة بنحو 9 في المائة من الانتشار العالمي ، في حين احتفظت نسبة 91 في المائة بالسيليكون المتبلور (أحادي سي وسيون متعدد). مع 5 في المائة من السوق ككل ، يحمل CdTe أكثر من نصف سوق الأغشية الرقيقة ، تاركاً 2 في المائة لكل CIGS والسيليكون غير المتبلور.: 18 – 19

تكنولوجيا CIGS
العديد من المصنعين البارزين لم يستطيعوا تحمل الضغط الناتج عن التقدم في تكنولوجيا السي سي التقليدية في السنوات الأخيرة. توقفت شركة Solyndra عن جميع الأنشطة التجارية وقدمت لإفلاس الفصل 11 في عام 2011 ، وأغلقت شركة Nanosolar ، وهي أيضًا شركة CIGS ، أبوابها في عام 2013. على الرغم من أن الشركتين أنتجت خلايا CIGS الشمسية ، فقد أشير إلى أن الفشل لم يكن مستحقًا إلى التكنولوجيا ، ولكن بدلاً من ذلك بسبب الشركات نفسها ، باستخدام بنية معيبة ، على سبيل المثال ، ركائز سوليندرا الأسطوانية. في عام 2014 ، أنهت شركة LG Electronics الكورية أبحاثًا بشأن إعادة هيكلة CIGS لأعمالها الشمسية ، وقررت شركة Samsung SDI وقف إنتاج CIGS ، في حين يتوقع أن تقوم شركة Hanergy الصينية لتصنيع الخلايا الكهروضوئية بزيادة الطاقة الإنتاجية بنسبة كفاءة 15.5٪ ، 650 مم × 1650 ملم CIGS- وحدات. واحدة من أكبر منتجي الخلايا الكهروضوئية CI (G) S هي الشركة اليابانية Solar Frontier ذات القدرة التصنيعية في مقياس gigawatt. (انظر أيضا قائمة شركات CIGS).

تكنولوجيا CdTe
تقوم شركة First Solar ، الشركة الرائدة في تصنيع CdTe ، ببناء العديد من أكبر محطات الطاقة الشمسية في العالم ، مثل Desert Sunlight Solar Farm و Topaz Solar Farm ، وكلاهما في صحراء كاليفورنيا بسعة 550 ميجاوات لكل منهما ، بالإضافة إلى تم إنشاء مصنع الطاقة الشمسية Nyngan في أستراليا ، وهو أكبر محطة للطاقة الكهروضوئية في نصف الكرة الجنوبي في عام 2015 ، في عام 2015.
في عام 2011 ، أعلنت جنرال إلكتريك عن خطط لإنفاق 600 مليون دولار على مصنع الخلايا الشمسية CdTe الجديد ودخول هذا السوق ، وفي عام 2013 ، اشترت First Solar محفظة CdTe للأفلام الرقيقة من جنرال إلكتريك وشكلت شراكة تجارية. في عام 2012 ، أفلست شركة Abound Solar ، وهي شركة تصنيع وحدات تيلوريد الكادميوم.

تقنية سي
في عام 2012 ، قدمت شركة ECD للطاقة الشمسية ، التي كانت في يوم من الأيام واحدة من الشركات الرائدة في العالم في مجال تصنيع السليكون غير المتبلور (a-Si) ، طلبًا للإفلاس في ميشيغان بالولايات المتحدة. قامت شركة OC Oerlikon السويسرية بتجريد قسمها الشمسي الذي أنتج خلايا ترادفية Si-μc-Si إلى Tokyo Electron Limited. في عام 2014 ، أعلنت شركة الإلكترونيات وأشباه الموصلات اليابانية عن إغلاق برنامج تطوير تكنولوجيا micromorph. “Micromorph” كان الاسم التجاري للخلية الشمسية الترادفية باستخدام طبقة السليكون الجريزوفولفين فوق الطبقة اللابلورية (a-Si / µ-Si).
ومن الشركات الأخرى التي تركت سوق الأغشية الرقيقة السيليكونية غير المتبلورة ، DuPont ، و BP ، و Flexcell ، و Inventux ، و Pramac ، و Schuco ، و Sencera ، و EPV Solar ، و NovaSolar (سابقاً OptiSolar) ، و Suntech Power التي أوقفت تصنيع وحدات Si في عام 2010 للتركيز على التقنيات التقليدية. ألواح السليكون الشمسية. في عام 2013 ، قدمت شركة Suntech طلبًا للإفلاس في الصين. في أغسطس 2013 ، انخفض سعر السوق الفورية للأغشية الرقيقة a-Si و a-Si / µ-Si إلى 0.36 يورو و 0.46 يورو على التوالي (حوالي 0.50 دولار و 0.60 دولار) لكل وات.