أظهر باحثون في جامعة كارلستاد بالسويد أن تقنية رسم طور التيار الحثي بالضوء (LBIC) قادرة على تقييم جودة التوصيلات الكهربائية في الوحدات الشمسية نصفية الخلية، ورصد العيوب الموضعية بدقة مكانية عالية، ما يفتح آفاقًا جديدة لتشخيص أداء الوحدات الكهروضوئية دون إتلافها.
تفاصيل التقنية والنتائج
تعتمد تقنية رسم طور التيار الحثي بالضوء على مسح شعاع ضوئي مركز عبر الخلية أو الوحدة الشمسية مع قياس التيار الضوئي الناتج، لتحديد التباينات المكانية في الأداء الكهربائي. وعلى عكس الرسم التقليدي الذي يقيس سعة التيار الضوئي، تستخدم تقنية الطور إضاءة معدلة لقياس إزاحة الطور في استجابة التيار الضوئي، مما يوفر رؤى إضافية حول المقاومة الكهربائية الموضعية وجودة التوصيل.
قال المؤلف المراسل ماركوس رينيو: "أظهرت تجاربنا أن رسم طور التيار الحثي بالضوء يمكنه اكتشاف التباينات في جودة التوصيل، بما في ذلك مناطق التوصيل الجيد ومناطق ذات مساحة توصيل مخفضة عمدًا وتوصيل سلكي متقطع". وأضاف أن النتائج تثبت إمكانات هذه التقنية كأداة تشخيص موضعية حساسة لتحديد التباينات في جودة الترابط.
نموذج تحليلي جديد
أوضح المؤلف المشارك مجيد سالاري أن إسهامًا محوريًا في الدراسة يتمثل في تطوير نموذج دائرة مكافئ تحليلي، واستخلاص معادلة تصف العلاقة بين إزاحة الطور المقاسة والمعلمات الكهربائية للخلية الشمسية. وتحدد المعادلة كيف تؤثر التغيرات في المقاومة التسلسلية الموضعية (Rs) على استجابة الطور، مما يوفر أساسًا فيزيائيًا وتحليليًا لتفسير خرائط الطور من حيث الخصائص الكهربائية الموضعية، بدلاً من الاعتماد فقط على الارتباطات التجريبية.
آلية التجارب والقياسات
استخدم العلماء في تجاربهم ليزرًا بطول موجي 828 نانومتر وقوة 22 ميكروواط، بدقة مكانية 6 ميكرومتر وعمق اختراق نموذجي 15 ميكرومتر في السيليكون. جرى تعديل الليزر عند 640 هرتز لتوليد تيار ضوئي متناوب، وقيس باستخدام مكبرات قفل الطور لتقليل الضوضاء وتحسين الدقة. وأجرى الفريق التجارب على خلايا سيليكون أحادية البلورية ثنائية الوجه مقاس 156.75 × 156.75 مم ذات خمسة قضبان تجمع، مقدمة من شركة "لايتواي سولار" الصينية.
تم قطع الخلايا إلى نصفين باستخدام النقش بالليزر متبوعًا بالفصل الميكانيكي، ورسمت كفاءتها الكمية الداخلية وإزاحات الطور باستخدام قياسات التيار الحثي بالضوء. ثم جرى تجميع نصف الخلايا باستخدام "حل الشريط اللاصق" (TTS)، وهي طريقة ترابط طورتها شركة "ستيكي سولار باور" السويدية، تتضمن توصيل أسلاك مطلية بقصدير منخفض الحرارة على جانبي الخلية باستخدام أشرطة شفافة، يتبعها تصفيح ولحام متزامنان.
مقارنة مع تقنيات أخرى
لتقييم جودة الترابط، قلل الباحثون عمدًا مساحة التوصيل بين الأسلاك والقضبان في مناطق مختارة عبر تطبيق ضغط أقل، ثم قارنوا خرائط الطور المسجلة قبل التصفح وبعده. أظهرت النتائج أن إزاحات الطور أصبحت أكثر سلبية بعد التصفح، بما يتوافق مع زيادة المقاومة التسلسلية الموضعية المرتبطة بأسلاك الترابط. سجلت مناطق التوصيل عالي الجودة فروق طور متوسطة بنحو 150 ميلي درجة، مقابل نحو 250 ميلي درجة في مناطق التوصيل المضعفة عمدًا.
دعمت المجهرية الضوئية والمجهرية الإلكترونية الماسحة (SEM) هذه النتائج، حيث كشفت عن توصيلات شبه مستمرة بين القصدير والوسادات الفضية في مناطق التوصيل الجيد، وفجوات مرئية في مناطق التوصيل الأضعف. كما قارن الفريق تقنية رسم طور التيار الحثي بالضوء مع تصوير التألق الكهربائي (EL)، ووجدوا أن الأخير لم يتمكن بسهولة من تمييز تباينات المقاومة الموضعية التي رصدتها تقنية الطور.
أشار الباحثون إلى أن التقنية لم تختبر بعد بشكل منهجي عبر النطاق الكامل لظروف التوصيل، وبالتالي لا تدعي الدراسة الحالية أنها تحدد فارقًا قاطعًا بين التوصيل الجزئي والتوصيل المنفصل تمامًا.