4 نوع اصلی سلول‌های خورشیدی سیلیکونی

مقالات , انرژی خورشیدی

4 نوع اصلی سلول‌های خورشیدی سیلیکونی

اکتبر 31, 2025

انرژی خورشیدی یکی از پاک‌ترین منابع انرژی به شمار می‌رود و توجه جهانی را به خود جلب کرده است. در میان این منابع، سلول‌های خورشیدی سیلیکونی بیش از ۹۰ درصد از بازار جهانی پنل‌های خورشیدی را در اختیار دارند و به‌عنوان ستون فقرات صنعت انرژی خورشیدی محسوب می‌شوند (Francoria & Groesser, 2021). این رهبری عمدتاً به این واقعیت نسبت داده می‌شود که مزایای سلول‌های خورشیدی سیلیکونی مانند مقیاس‌پذیری، قابلیت اطمینان پایدار و افزایش مداوم راندمان باعث گستردگی کاربرد آن‌ها شده است. از خانه‌های مسکونی گرفته تا نیروگاه‌های عظیم، این سلول‌ها راه را برای حرکت بشریت به سمت انرژی پاک هموار کرده‌اند. انواع سلول‌های خورشیدی سیلیکونی بر اساس ساختار و فرآیند تولیدشان به سیلیکون مونوکریستالی، پلی‌کریستالی و سیلیکون آمورف طبقه‌بندی می‌شوند (Badawy, 2015). علاوه بر این، در سال‌های اخیر نسل جدیدی از فناوری‌های پیشرفته مبتنی بر سیلیکون، مانند سلول‌های PERC و سلول‌هایی که نور خورشید را هم از سطح جلویی و هم از سطح پشتی جمع‌آوری می‌کنند (سلول‌های دوطرفه Bifacial)، معرفی شده است (Pastuszak & Wegierek, 2022). انتخاب هر یک از فناوری‌های فوق به متغیرهایی مانند اندازه پروژه، بودجه موجود و راندمان مورد نظر بستگی دارد (Rauschenbach, 2012). شما می‌توانید مقایسه‌ای ساده از انواع پنل خورشیدی سیلیکونی را در جدول بالا مشاهده کنید. این مقاله انواع اصلی پنل‌های خورشیدی سیلیکونی، مکانیسم‌های عملیاتی آن‌ها را بررسی کرده و مزایا و معایب سلول‌های خورشیدی سیلیکونی را در کاربردهای انرژی مدرن مورد بحث قرار می‌دهد.

 

جدول ۱. فناوری‌های اصلی و انواع پنل خورشیدی سیلیکونی و ویژگی‌های کلیدی آن‌ها

 

۱- نحوه عملکرد سلول‌های خورشیدی سیلیکونی

سلول خورشیدی سیلیکونی یکی از رایج‌ترین فناوری‌های انرژی پاک به شمار می‌رود. این سلول نور خورشید را از طریق پدیده‌ای به نام اثر فتوولتائیک به جریان مستقیم برق (DC) تبدیل می‌کند. یک پنل خورشیدی مانند یک دیود عمل می‌کند؛ به این معنا که همانند یک مدار الکترونیکی، بار الکتریکی تنها می‌تواند در یک جهت حرکت کند و در جهت دیگر مسدود می‌شود (Krisciunas, 2023). برای دستیابی به این هدف، نیمه‌رساناهای موجود در سلول‌ها معمولاً به‌گونه‌ای آلاییده می‌شوند که یک اتصال PN ایجاد گردد و یک میدان الکتریکی داخلی به وجود آید. در میان بسیاری از مواد نیمه‌رسانا، تاریخچه توسعه سیلیکون بیش از ۵۰ سال قدمت دارد (Chen, 2014).

در یک سلول خورشیدی سیلیکونی، یک طرف سیلیکون با آلاییدگی مثبت (نوع p) قرار دارد که الکترون‌های کمتری دارد، و طرف دیگر با آلاییدگی منفی (نوع n) که دارای الکترون‌های اضافی است. هنگامی که نور خورشید بر سطح سلول می‌تابد، فوتون‌ها انرژی خود را به اتم‌های سیلیکون منتقل کرده و موجب آزاد شدن الکترون‌ها می‌شوند. میدان الکتریکی داخلی در محل اتصال PN این بارهای ایجادشده را از یکدیگر جدا می‌کند: الکترون‌ها به سمت الکترود منفی و حفره‌ها به سمت الکترود مثبت رانده می‌شوند. اگر یک مدار رسانا هر دو الکترود را به هم متصل کند، این جداسازی بارها منجر به تولید جریان الکتریکی می‌شود که می‌تواند برای تأمین انرژی تجهیزات الکتریکی مورد استفاده قرار گیرد (Scharf, 1960). به این ترتیب، اثر فتوولتائیک در یک سلول خورشیدی عمل می‌کند.

 

۲- انواع سلول‌های خورشیدی سیلیکونی

سلول‌های فتوولتائیک که در سراسر جهان مورد استفاده قرار می‌گیرند، عمدتاً از نوع سلول‌های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون هستند. این سلول‌ها در انواع مختلفی تولید می‌شوند که هر کدام از نظر قیمت، راندمان و پایداری عملکرد، مزایا و معایب خاص خود را دارند. در بخش‌های زیر، مروری کلی بر انواع اصلی سلول‌های خورشیدی سیلیکونی، شامل سیلیکون مونوکریستالی، پلی‌کریستالی و آمورف، و همچنین برخی از فناوری‌های پیشرفته سیلیکونی امروزی ارائه شده است.

1-2- سلول‌های خورشیدی سیلیکونی مونوکریستال

پنل‌های مونوکریستالی به دلیل راندمان بالا و پایداری حرارتی قابل توجه، به‌طور گسترده در میان بهترین سلول‌های خورشیدی سیلیکونی برای سیستم‌های مسکونی و تجاری شناخته می‌شوند (Celadyn & Filipek, 2020). نوع مونوکریستال حدود ۸۴ درصد از کل تولید سیلیکون کریستالی (c-Si) را به خود اختصاص داده است (Oni & Mohsin, 2024). هر یک از این پنل‌ها از چندین سلول خورشیدی تشکیل شده است که هر سلول از یک تک‌بلور سیلیکون ساخته می‌شود (Shruti & Kamlesh, 2015). راندمان سلول‌های خورشیدی سیلیکونی مونوکریستالی معمولاً در بازه‌ای بین ۱۸ تا ۲۳ درصد قرار دارد؛ با این حال، پیشرفت‌های فناورانه و بهینه‌سازی‌های متوالی به‌طور مداوم این محدوده را ارتقا می‌دهند. برای نمونه، شرکت SunPower موفق به تولید ماژول‌هایی با راندمانی تا ۲۲.۷ درصد شده است که نشان‌دهنده ظرفیت چشمگیر این فناوری است.

 

1-1-2- فرآیند تولید سلول مونوکریستالی

برای تولید سلول‌های خورشیدی مونوکریستال باکیفیت، به‌طور گسترده از فرایند چُخرالسکی (Czochralski process) استفاده می‌شود؛ روشی که نخستین بار توسط یان چُخرالسکی، دانشمند لهستانی، ابداع شد. در این روش، یک شمش سیلیکون بسیار خالص در کوره ذوب می‌شود و سپس یک دانه‌ی بلور سیلیکون به‌آرامی درون مذاب فرو برده می‌شود. با تماس دانه با مذاب، تبلور آغاز شده و رشد بلور مونوکریستال سیلیکون شروع می‌شود  (Yang, 2017). کنترل دقیق دما و سرعت چرخش در این مرحله ضروری است تا بلور به‌آرامی و به‌صورت یکنواخت رشد کند. با چرخاندن شمش، رشد بلور در اطراف دانه ادامه می‌یابد و ضخامت آن تدریجاً افزایش پیدا می‌کند. این فرایند ممکن است روزها یا حتی هفته‌ها به طول انجامد، اما در نهایت، شمش‌های تک‌بلور سیلیکون با اندازه مناسب به دست می‌آید (Vegad & Bhatt, 2014).

 

۲-۱-۲- مزایای مونوکریستال

مزیت اصلی فرایند چُخرالسکی توانایی آن در تولید بلورهای سیلیکون با کیفیت بسیار بالا و ساختار منظم و یکنواخت است. این ساختار منظم موجب ایجاد خواص الکتریکی و پایداری حرارتی برتر در سیلیکون می‌شود؛ ویژگی‌هایی که برای عملکرد پایدار سلول‌های خورشیدی و افزایش طول عمر پنل خورشیدی سیلیکونی در تأمین توان اهمیت حیاتی دارند و در واقع از جمله مزایای سلول‌های خورشیدی سیلیکونی به‌شمار می‌روند. (Sabatino & Hendawi, 2024).

 

3-1-2-  معایب مونوکریستال

یکی از مهم‌ترین معایب فرایند چُخرالسکی هزینه‌ی بالای تولید تک‌بلورهای بزرگ سیلیکون است. دقت بالای فرایند و کنترل شدید دما برای رشد بلورهای با کیفیت، نیازمند تجهیزات پیشرفته و گران‌قیمت است. به همین دلیل، سلول‌های خورشیدی مونوکریستال معمولاً گران‌تر از نمونه‌های پلی‌کریستال هستند (Sabatino & Hendawi, 2024).

 

۲-۲- سلول‌های خورشیدی سیلیکونی پلی کریستال

سلول‌های خورشیدی پلی‌کریستال (که به آن‌ها چندبلوری نیز گفته می‌شود) از اتصال چندین بلور کوچک سیلیکون تشکیل شده‌اند. این سلول‌ها معمولاً با هزینه‌ای کمتر نسبت به مونوکریستال تولید می‌شوند؛ زیرا از روش سرد کردن سیلیکون مذاب در قالب‌های گرافیتی ساخته می‌شوند. پنل‌های پلی‌کریستال در مقطعی به‌عنوان ارزان‌ترین گزینه برای سیستم‌های خورشیدی خانگی شناخته می‌شدند و ضمن حفظ مقرون‌به‌صرفه بودن، تنها با اندکی کاهش در راندمان نسبت به مونوکریستال همراه بودند. راندمان معمول این پنل‌ها در محدوده ۱۵ تا ۲۰ درصد قرار دارد (Sharma & Mishra, 2025).

 

1-2-2- فرایند ساخت سلول‌های پلی‌کریستال

هزینه پایین تولید سلول‌های سیلیکونی پلی‌کریستال عمدتاً از روشی به نام ذوب بلوکی ناشی می‌شود. این فرآیند برخلاف روش تک‌بلوری، شامل مرحله استخراج برای تشکیل شمش نیست. در این روش، سیلیکون با خلوص بالا ذوب شده و به شکل مربع در قالب بوته گرافیتی SiO₂/Si₃N₄ ریخته‌گری می‌شود. سپس، خنک‌سازی کنترل‌شده‌ای که به آن «انجماد جهت‌دار» گفته می‌شود انجام می‌گیرد و در نتیجه، بلوکی از سیلیکون پلی‌کریستال شکل می‌گیرد (Mesquita et al., 2019). پس از آن، بلوک به ویفرهای مربعی برش داده می‌شود تا برای ساخت سلول‌های خورشیدی مورد استفاده قرار گیرد.

 

۲-۲-۲- مزایای پلی کریستال

مهم‌ترین مزیت این فناوری، کاهش هزینه تولید است. از آنجا که ویفرهای پلی‌کریستال به‌طور طبیعی مربعی هستند، نیاز به برش لبه‌ها برای دستیابی به هندسه مطلوب وجود ندارد. این ویژگی سبب کاهش هدررفت مواد اولیه و بهینه‌سازی استفاده از فضا در ماژول خورشیدی می‌شود. علاوه بر این، سادگی نسبی فرایند تولید هزینه نهایی را کاهش داده و باعث می‌شود سلول‌های پلی‌کریستال گزینه‌ای مناسب برای کاربردهای گسترده و مقیاس بزرگ باشند (Mesquita et al., 2019).

 

3-2-2- معایب پلی‌کریستال

یکی از معایب اصلی این روش، واکنش سیلیکون با قالب‌های گرافیتی است. در طول فرایند انجماد، ناخالصی‌هایی از دیواره‌های قالب به سیلیکون منتقل شده و می‌توانند کیفیت بلور را کاهش دهند. به همین دلیل، راندمان سلول‌های خورشیدی پلی‌کریستال به‌طور کلی کمتر از نمونه‌های مونوکریستال است. همچنین ظاهر ناهمگون این سلول‌ها ــ که معمولاً به رنگ آبی لکه‌ای شناخته می‌شود ــ بسته به نوع پوشش ضدبازتاب (AR Coating) مورد استفاده تغییر می‌کند. این سطح ناهمگون علاوه بر کاهش جذابیت ظاهری، می‌تواند تا حدودی بر کارایی جذب نور نیز اثر منفی بگذارد (Mesquita et al., 2019).

 

3-2- سلول‌های خورشیدی سیلیکون آمورف (a-Si)

سیلیکون آمورف (a-Si) یکی از فناوری‌های اصلی لایه‌نازک در بازار کنونی فتوولتائیک به شمار می‌رود. برخلاف سیلیکون کریستالی، این ماده فاقد ساختار بلوری منظم است و به‌صورت لایه‌ای بسیار نازک بر روی بسترهای مختلفی همچون شیشه، پلاستیک یا حتی فلز رسوب داده می‌شود (Richhariya & Kumar, 2020). این ساختار خاص موجب می‌شود پنل‌های a-Si سبک‌تر، انعطاف‌پذیرتر و اغلب ارزان‌تر در تولید باشند (Shi & Guo, 2015). به همین دلیل، آن‌ها گزینه‌ای مناسب برای تجهیزات قابل‌حمل، سیستم‌های یکپارچه با ساختمان و پروژه‌هایی در مقیاس بزرگ محسوب می‌شوند. با وجود این، راندمان این فناوری معمولاً بین ۶ تا ۱۰ درصد است. بااین‌حال، پیشرفت‌هایی همچون ساختارهای چندپیوندی (multi-junction) و بهبود پوشش‌ها در سال‌های اخیر راندمان این سلول‌ها را افزایش داده‌اند (Kumar, 2017).

 

1-3-2- فرآیند ساخت سلول‌های سیلیکونی آمورف

سلول‌های خورشیدی سیلیکون آمورف (a-Si) در مقایسه با سلول‌های خورشیدی کریستالی به شیوه‌ای متفاوت تولید می‌شوند، زیرا این سلول‌ها از طریق رشد کریستال ساخته نمی‌شوند، بلکه با روش رسوب لایه نازک شکل می‌گیرند. در این فرآیند، یک لایه بسیار نازک از سیلیکون (معمولاً کمتر از یک میکرومتر) روی یک زیرلایه مانند شیشه یا فلز رسوب داده می‌شود. یکی از رایج‌ترین روش‌ها برای این منظور، رسوب شیمیایی بخار به کمک پلاسما (PECVD) است که در دماهای نسبتاً پایین (۱۵۰ تا ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد) انجام می‌شود. در این روش، گاز سیلان (SiH₄) توسط پلاسما تجزیه شده و اتم‌های سیلیکون بر سطح بستر رسوب می‌کنند و لایه‌ای یکنواخت از سیلیکون را شکل می‌دهند (Singh & Goyal, 2021). در طی این فرایند، مخلوطی از گازهای SiH₄ و H₂ وارد محفظه شده و پس از برهم‌کنش با پلاسما، گونه‌های فعال ایجادشده با سطح بستر واکنش داده و لایه سیلیکونی تشکیل می‌دهند (Morisset, 2019).

 

۲-۳-۲- مزایای آمورف

سلول‌های خورشیدی سیلیکون آمورف از نظر مقرون‌به‌صرفه بودن و تنوع کاربرد برتری دارند و این خصیصه‌ها از جمله مزایای سلول‌های خورشیدی سیلیکونی محسوب می‌شوند. طراحی لایه‌نازک این سلول‌ها باعث مصرف بسیار کمتر سیلیکون (۱ تا ۲ میکرومتر) نسبت به ویفرهای ضخیم سیلیکون کریستالی می‌شود (Bharam, 2012). علاوه بر کاهش هزینه، فناوری لایه‌نازک ویژگی‌های خاصی مانند انعطاف‌پذیری مکانیکی را فراهم می‌کند که آن را برای کاربردهایی همچون سیستم‌های یکپارچه با ساختمان (BIPV) و دستگاه‌های قابل‌حمل مناسب می‌سازد (Sarkar & Gosh, 2017). از نظر عملکرد، این سلول‌ها به دلیل ضریب جذب بالا در شرایط نور پراکنده یا تابش کم کارایی بهتری دارند و همچنین پایداری حرارتی بهتری از خود نشان می‌دهند، به‌طوری که راندمان آن‌ها تنها به میزان ۰٫۲ تا ۰٫۲۵ درصد به ازای هر درجه افزایش دما بالاتر از ۲۵ سانتی‌گراد کاهش می‌یابد (Kang, 2021). از دیدگاه زیست‌محیطی نیز این سلول‌ها غیرسمی بوده و منابع کمتری را مصرف می‌کنند.

 

3-3-2- معایب آمورف

با وجود مزایا، این فناوری محدودیت‌های قابل‌توجهی دارد. راندمان سلول‌های a-Si معمولاً در بازه ۵ تا ۱۲ درصد قرار می‌گیرد که بسیار پایین‌تر از سلول‌های سیلیکون کریستالی با راندمان ۱۵ تا ۲۵ درصد است، بنابراین آنها به عنوان سلول‌های خورشیدی سیلیکونی با راندمان بالا طبقه‌بندی نمی‌شوند (Pastuszak & Węgierek, 2022). در نتیجه، برای دستیابی به همان سطح توان خروجی، به فضای نصب بزرگ‌تری نیاز است. یکی دیگر از چالش‌های مهم، اثر استابلر–ورونسکی (Staebler–Wronski effect) است؛ پدیده‌ای که طی آن، تابش نور اولیه باعث کاهش راندمان سلول تا ۱۰ تا ۳۰ درصد پیش از رسیدن به سطح پایدار پایین‌تر می‌شود (Kang, 2021). همچنین، طول عمر پنل خورشیدی سیلیکونی ساخته‌شده با این سلول‌ها کوتاه‌تر (حدود ۱۵ سال) و همراه با طول عمر کمتر حامل‌های اقلیت و دوپینگ ناکارآمد است. در مجموع، این عوامل عملکرد سلول‌های a-Si را محدود کرده و استفاده از آن‌ها را در کاربردهایی با تقاضای بالا یا حجم زیاد کاهش می‌دهند (Bharam, 2012). 

 

4-2- فناوری‌های پیشرفته مبتنی بر سیلیکون

فناوری سلول‌های خورشیدی سیلیکونی تنها محدود به انواع سنتی مونوکریستالی، پلی‌کریستالی و آمورف باقی نمانده است. در سال‌های اخیر، رویکردهای نوینی برای افزایش راندمان، کاهش هزینه‌ها و گسترش حوزه کاربردها ظهور کرده‌اند. برخی از مهم‌ترین این پیشرفت‌ها عبارت‌اند از: سلول‌های PERC، ماژول‌های دوطرفه (Bifacial) و سلول‌های تاندِم سیلیکون–پروسکایت. هر یک از این فناوری‌ها با بهره‌گیری از نوآوری‌های طراحی و مواد جدید، چشم‌انداز جدیدی برای آینده صنعت فتوولتائیک ترسیم کرده‌اند.

 

1-4-2- سلول‌های سیلیکونی PERC

PERC یکی از نویدبخش‌ترین پیشرفت‌ها در سلول‌های خورشیدی سیلیکونی متداول در سال‌های اخیر است. با افزودن یک لایه غیرفعال دی‌الکتریک در پشت سلول، نوترکیبی الکترون کاهش یافته و نور بیشتری در ویفر سیلیکونی به دام می‌افتد. این معماری همچنین برای بیشینه‌سازی جذب نور طراحی شده و معمولاً راندمان سلول‌های خورشیدی سیلیکونی را ۱ تا ۲ درصد بیشتر از سلول‌های سیلیکونی استاندارد می‌کند (Pastuszak & Węgierek, 2022).

مزایا:

• افزایش راندمان با تغییرات اندک در طراحی.
• مناسب برای کاربردهای خانگی و تجاری.
• کاهش هزینه تولید به دلیل سازگاری با خطوط تولید موجود.

معایب:

• پیچیدگی بیشتر در فرایند ساخت.
• حساسیت به پدیده تخریب ناشی از نور (LID) در صورت عدم بهینه‌سازی.

 

۲-۴-۲- سلول‌های سیلیکونی دوطرفه (Bifacial)

سلول‌های خورشیدی سیلیکونی دوطرفه در واقع سلول‌های تک‌طرفه‌ای هستند که دارای سطح پشتی باز همراه با یک لایه غیرفعال دی‌الکتریک می‌باشند و به جای پوشش پشتی پلیمری استاندارد، از یک لایه شفاف استفاده می‌شود. عملکرد دوطرفه می‌تواند بسته به طراحی نصب و بازتاب زمین، خروجی کلی انرژی را ۵۰–۳۵ درصد افزایش دهد  (Joseph et al., 2025).

مزایا:

• بازدهی انرژی سالانه بیشتر به ازای هر متر مربع.
• عملکرد بهینه در شرایط بازتابی یا برفی.
• طول عمر پنل خورشیدی سیلیکونی دوطرفه به دلیل استفاده از مواد کپسولاسیون مقاوم‌تر بیشتر است.

معایب:

• هزینه اولیه بالاتر نسبت به پنل‌های متداول.
• نیاز به طراحی و نصب بهینه برای حداکثر بهره‌گیری از نور پشت پنل.

 

3-4-2- سلول‌های تاندِم سیلیکون–پروسکایت

طراحی تاندِم به‌طور گسترده به عنوان آینده فتوولتائیک‌های سیلیکونی و یک گام کلیدی در جهت توسعه سلول‌های خورشیدی سیلیکونی با راندمان بالا در نظر گرفته می‌شود و پتانسیل رقابت با بهترین سلول‌های خورشیدی سیلیکونی را در کاربردهای با محدودیت فضا دارد. در این طراحی، یک لایه پروسکایت به‌صورت لایه نازک روی ویفر سیلیکونی رسوب داده می‌شود و امکان جذب تابش خورشیدی بیشتر با شکاف باند بزرگ‌تر فراهم می‌گردد. آزمایش‌های آزمایشگاهی نشان داده‌اند که این فناوری می‌تواند به راندمانی بیش از ۳۰ درصد در سلول‌های خورشیدی سیلیکونی دست یابد و از حد شاکلی–کوئیسر (Shockley–Queisser limit) سلول‌های سیلیکونی تک‌اتصالی فراتر رود (Wang et al., 2023).

مزایا:

• پتانسیل دستیابی به رکوردهای راندمان
• جذب مکمل برای استفاده بهتر از طیف خورشیدی
• مناسب برای کاربردهای با کارایی بالا و پروژه‌های دارای محدودیت فضا

معایب:

• هزینه بالای ساخت و فرآیند تولید پیچیده
• دشواری در پایدارسازی و نگه‌داری لایه‌های پروسکایت در بلندمدت

 

 

5-2-  مقایسه انواع مختلف سلول‌های خورشیدی سیلیکونی

در حال حاضر، سلول‌های خورشیدی سیلیکونی مونوکریستال، پلی‌کریستال و آمورف (a-Si) پرکاربردترین انواع موجود در بازار هستند. در سال‌های اخیر، فناوری‌های پیشرفته‌ سیلیکونی مانند PERC، پروسکایت و دووجهی (Bifacial) رشد قابل توجهی داشته‌اند. بنابراین، در ادامه، به‌صورت جزئی‌تر مزایا و معایب هرکدام از سلول‌های خورشیدی سیلیکونی را از منظر راندمان، هزینه و طول عمر مقایسه خواهیم کرد.

 

1-5-2- مقایسه عملکرد

راندمان سلول‌های خورشیدی سیلیکونی شاخصی کلیدی است که نشان می‌دهد سلول تا چه اندازه انرژی خورشید را به برق تبدیل می‌کند. پنل‌های مونوکریستال معمولاً بالاترین راندمان را در میان فناوری‌های تجاری رایج دارند و راندمان ماژول‌های آن‌ها معمولاً بین ۱۸ تا ۲۴ درصد است، در حالی که راندمان سلول‌های مونوکریستال تک‌پیوندی (single-junction) در آزمایشگاه تا ۲۶/۷ درصد نیز گزارش شده است (Green et al., 2022). در مقابل، راندمان پنل‌های پلی‌کریستال عموماً پایین‌تر است و به طور متوسط بین ۱۵ تا ۱۸ درصد قرار دارد (Schindler et al., 2018). سلول‌های خورشیدی لایه‌نازک آمورف از کلاس دیگری از نظر راندمان هستند که در ماژول‌های تجاری تنها بین ۶ تا ۱۰ درصد راندمان دارند (Intal, 2025). در شرایط آفتابی، داده‌های تجربی نشان می‌دهد که پنل‌های مونوکریستالی از نظر راندمان کلی، عملکرد بهتری نسبت به سایر فناوری‌ها دارند؛ همین عامل باعث شده که آن‌ها به‌عنوان بهترین سلول‌های خورشیدی سیلیکونی در بسیاری از کاربردها شناخته شوند (Ayadi et al., 2022). در همین حال، فناوری‌های پیشرفته سیلیکونی بهبودهای بیشتری نشان داده‌اند: PERC با کاهش نوترکیبی در سمت پشتی، راندمان بالاتری نسبت به سلول‌های تک‌بلوری استاندارد ارائه می‌دهد؛ ماژول‌های دوطرفه بسته به آلبدو و طراحی نصب، از سمت پشتی توان تکمیلی تولید می‌کنند؛ و سلول‌های پشت‌سرهم پروسکایت–سیلیکون اخیراً در آزمایشگاه‌ها رکورد راندمانی بیش از ۳۰ درصد داشته‌اند که مسیری امیدبخش برای عبور از محدودیت نظری سلول‌های تک‌اتصالی سیلیکون فراهم می‌کند (LONGi, 2025).

 

۲-۵-۲- مقایسه هزینه

در میان فناوری‌های مرسوم سیلیکونی، پنل‌های مونوکریستال به دلیل فرآیند تولید پرانرژی و راندمان بالاتر، به‌طور سنتی پرهزینه‌ترین گزینه بوده‌اند. با این حال، پیشرفت‌های فناوری موجب کاهش شکاف قیمتی میان مونوکریستال و پلی‌کریستال شده است. به‌طور تاریخی، پنل‌های پلی‌کریستال به دلیل قیمت پایین‌تر، سهم عمده‌ای از بازار مسکونی را به خود اختصاص دادند، هرچند این تفاوت قیمتی به مرور کاهش یافته است. در نهایت، پنل‌های لایه‌نازک ارزان‌ترین گزینه هستند، اما راندمان کمتری دارند، فضای بیشتری اشغال می‌کنند و عمر کوتاه‌تری دارند.

بیشتر فناوری‌های پیشرفته مانند PERC، دووجهی و تاندِم‌های جدید پروسکایت معمولاً هزینه تولید و نصب بالاتری نسبت به ماژول‌های مونوکریستال و پلی‌کریستال دارند. فرآیند تولید PERC پیچیده‌تر است، پنل‌های دووجهی نیازمند طراحی خاص و مواد بیشتر هستند و فناوری تاندِم پروسکایت هنوز در مقیاس پایلوت گران و از نظر پایداری با چالش روبه‌رو است. با این حال، این فناوری‌ها از طریق افزایش تولید انرژی در واحد سطح و کاهش هزینه تمام‌شده برق (LCOE) در طول عمر سیستم، به‌ویژه در پروژه‌های بزرگ‌مقیاس یا محیط‌های با محدودیت فضا، می‌توانند نقش مهمی در بهبود اقتصاد پروژه ایفا کنند.

 

3-5-2- مقایسه ظاهر و زیبایی

از نظر زیبایی‌شناسی، پنل‌های لایه‌نازک معمولاً ظریف‌ترین و یکدست‌ترین ظاهر را دارند. این پنل‌ها با پوشش سیاه یکپارچه و سیم‌کشی اندک، جلوه‌ای مدرن و زیبا ایجاد می‌کنند. نقطه ضعف آن‌ها راندمان کمتر و نیاز به فضای بیشتر در نصب است. نل‌های مونوکریستالی نیز ظاهری مشکی و براق دارند، اما خطوط سلولی مشخص، نواحی سفید قابل توجهی ایجاد می‌کنند. در حالی که ظاهری زیبا دارند، معمولاً نسبت به پنل‌های فیلم‌نازک بیشتر به چشم می‌آیند. پنل‌های پلی‌کریستالی از محبوبیت کمتری برخوردارند، زیرا راندمان پایین‌تری نسبت به مونوکریستالی‌ها دارند. این پنل‌ها ظاهری آبی‌رنگ و مرمری دارند که یکنواختی کمتری در مقایسه با انواع دیگر ارائه می‌دهد و از نظر زیبایی‌شناسی جذابیت کمتری دارد (solarreviews.com).

 

ماژول‌های پیشرفته سیلیکونی از نظر بصری شباهت زیادی به پنل‌های متداول دارند اما تفاوت‌های مشخصی نیز در آن‌ها دیده می‌شود: سلول‌های PERC تقریباً مشابه پنل‌های مونوکریستال هستند؛ پنل‌های دووجهی اغلب دارای شیشه در هر دو طرف یا پشت‌ورق‌های شفاف هستند که ظاهری متمایز ایجاد می‌کند؛ و دستگاه‌های تاندِم پروسکایت می‌توانند لایه‌های نیمه‌شفاف یا رنگی داشته باشند که امکان ادغام آن‌ها در ساختمان (BIPV) را فراهم می‌سازد، جایی که زیبایی‌شناسی اهمیت ویژه‌ای دارد.

 

۳- نتیجه‌گیری

سلول‌های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون، با تسلط بر بیش از ۹۰٪ از سهم بازار جهانی پنل‌های خورشیدی، به لطف تطبیق‌پذیری و مقیاس‌پذیری بی‌نظیرشان از اشیاء کوچک در اندازه لوازم خانگی گرفته تا نیروگاه‌های برق بزرگ، پایه و اساس تولید انرژی خورشیدی هستند. سه نوع اصلی از انواع پنل خورشیدی سیلیکونی وجود دارد: مونوکریستالی (راندمان بالا اما هزینه بالاتر)، پلی‌کریستالی (راندمان متوسط و هزینه کمتر) و آمورف (انعطاف‌پذیر، ارزان‌تر اما کم‌بازده‌تر)، که تمامی این فناوری‌ها بر اساس اثر فتوولتائیک کار می‌کنند. برای غلبه بر محدودیت‌های این انواع متداول، فناوری‌های پیشرفته‌ای ظهور کرده‌اند؛ از جمله سلول‌های PERC، سلول‌های دووجهی و سلول‌های تاندِم سیلیکون–پروسکایت که عملکرد و جذب انرژی را بهبود بخشیده و راندمان‌هایی بیش از ۳۰ درصد را به ثبت رسانده‌اند. با این حال، انتخاب نوع سلول خورشیدی سیلیکونی مورد استفاده به عوامل متعددی بستگی دارد که از جمله آن‌ها می‌توان به بودجه، فضای موجود، راندمان مورد نیاز و شرایط محیطی اشاره کرد. در مجموع، با وجود پنج دهه تاریخچه درخشان و پشتوانه پژوهشی گسترده، سیلیکون همچنان پایه و اساس انقلاب انرژی خورشیدی باقی خواهد ماند. مزایای سلول‌های خورشیدی سیلیکونی از جمله فراوانی بالا، انعطاف‌پذیری و نوآوری مستمر نقش محوری آن‌ها را در شکل‌دهی به آینده انرژی‌های تجدیدپذیر تضمین می‌کند. آگاهی از مزایا و معایب سلول‌های خورشیدی سیلیکونی به سرمایه‌گذاران، پژوهشگران و سیاست‌گذاران کمک می‌کند تا تصمیمات آگاهانه‌تر و کارآمدتری اتخاذ نمایند.

 

نویسنده: سبحان فخار نوغانی
کارشناسی ارشد مهندسی انرژی‌های تجدیدپذیر، دانشگاه تهران
📧 ایمیل: Sobhan.fakhar@ut.ac.ir
🔗 LinkedIn
🔗 ResearchGate