توصل فريق بحثي في جامعة نيو ساوث ويلز الأسترالية إلى أن خصائص مسحوق النيكل تلعب دورًا حاسمًا في أداء خلايا TOPCon الشمسية عند استبدال الفضة جزئيًا في معدن الوجه الخلفي، محققًا خفضًا في تكاليف المعدن الخام بنسبة 6.8% دون المساس بالكفاءة.
تأثير خصائص المسحوق على الأداء والتكلفة
أوضحت الباحثة الرئيسية نينغ سونغ أن استبدال الفضة بالنيكل ليس مجرد زيادة في نسبة النيكل، بل إن خصائص المسحوق تؤثر بشكل كبير على الأداء الكهربائي وسلوك الطباعة. وأضافت أن استخدام مسحوق نيكل مناسب مكن من خفض تكاليف معدن الأصابع الخلفية الخام بنسبة 6.8% مع الحفاظ على كفاءة الخلية نفسها تقريبًا، لكن زيادة نسبة النيكل لم تحقق توفيرًا أكبر بسبب استهلاك إضافي للمعجون أثناء الطباعة.
مقارنة بين مسحوقين تجاريين
اختبر الباحثون مسحوقين تجاريين بأحجام جسيمات تبلغ 1.5 ميكرومتر و3.8 ميكرومتر، باستبدال 5% إلى 15% من مسحوق المعدن في معاجين الأصابع الخلفية الصناعية. وأظهرت النتائج أن المسحوق الأدق (Ni-1500) يمتلك مساحة سطحية نوعية أعلى ومحتوى أكسجين أكبر، مما أدى إلى خسائر مقاومة أعلى عند نفس نسبة التحميل.
أفضل توازن بين التكلفة والكفاءة
عند تحميل 5% نيكل، حافظ تركيبة Ni-1500 على الكفاءة الأساسية البالغة 26.349%، لكن زيادتها إلى 10% خفضت الكفاءة بمقدار 0.225 نقطة مئوية. في المقابل، حققت تركيبة 10% Ni-4000 كفاءة 26.325%، أي أقل بـ 0.024 نقطة مئوية فقط عن الأساس، وقدمت أفضل توازن بتقليل تكاليف المعدن الخام للأصابع الخلفية بنسبة 6.8%، ما يعادل 561,500 دولار لكل جيجاواط.
زيادة الاستهلاك تقلل الفوائد
أدى رفع تحميل Ni-4000 إلى 15% إلى الحفاظ على كفاءة مشابهة (26.302%)، لكن استهلاك المعجون زاد بنسبة 17% مقارنة بالأساس الفضي، مما قلص التوفير إلى 0.3% فقط. وشدد الباحثون على ضرورة تقييم استبدال النيكل من خلال التأثيرات المشتركة لخصائص المسحوق، وتكوين القطب، واستهلاك المعجون الفعلي.
شراكات صناعية وأبحاث سابقة
شمل فريق البحث علماء من شركة المواد الصينية Shenzhen APG والشركة الأسترالية SunDrive، التي طورت تقنية طلاء نحاسي ملكية تستبدل الفضة في معدن الخلايا الشمسية. وكانت SunDrive قد أعلنت سابقًا عن شراكة مع شركتين صينيتين لتطوير معدات طلاء نحاسي صناعية لخلايا HJT، وحصلت على تمويل حكومي أسترالي بقيمة 25.3 مليون دولار أسترالي لتطوير أداة إنتاج تجارية بقدرة 300 ميجاواط.
جهود مستمرة لتقليل الفضة
لجامعة نيو ساوث ويلز أبحاث سابقة في تقليل استهلاك الفضة، منها تقنية طباعة شاشة قليلة الفضة خفضت استهلاك الفضة في الوجه الخلفي لخلايا TOPCon بنسبة 85%، وتطوير خلايا خلفية خالية من الفضة باستخدام ملامس ألومنيوم مطبوعة، بالإضافة إلى أبحاث في ملامس نحاسية مطلية لخلايا TOPCon وHJT مع التركيز على الموثوقية ومقاومة التآكل والاستقرار الميكانيكي.
