الجيل الثالث من الخلايا الكهروضوئية
الجيل الثالث من الخلايا الكهروضوئيه: هي خلايا شمسيه قادره على اجتياز الحد المعروف حاليا ب (Shockley–Queisser limit) والذي يوكد على ان الخلايا الشمسيه الحاليه تستطيع ان تنتج الطاقة بكفاءة تصل إلى 33.7%. وتعد خلايا الجيل الثالث بدائل للخلايا المصنعه حاليا من مواد شبه موصله وهي تقنية الجيل الأول (p-n junctions) وتقنية الجيل الثاني (thin film cells). تتضمن أنظمة الجيل الثالث الشائعة طبقات متعدده من الخلايا (multi-layers) مصنوعة من السيليكون غير المتبلور(amorphous silicon) أو زرنيخيد الغاليوم (gallium arsenide). وهنالك أيضا تطورات نظريه أخرى تشمل: تقنية تحويل التردد (تغيير ترددات الضوء التي لا يمكن للخلية استخدامها إلى ترددات ضوئية يمكن للخلية استخدامها - وبالتالي إنتاج المزيد من الطاقة) تقنية الثار الحاملة الساخنة ( hot-carrier effects) وغيرها من تقنيات طرد الناقل المتعدده (multiple-carrier ejection techniques).

تشمل الخلايا الكهروضوئية الناشئة ما يلي:

 كبريتيد الزنك النحاسي (Copper zinc tin sulfide).
 الخلايا الشمسية الحساسة للصبغ (Dye-sensitized solar cell).
 الخلايا الشمسية العضوية (Organic solar cell)
 بيروفسكايت الخلايا الشمسية (Perovskite solar cell).
 الخلايا الشمسية نقطة الكم (Quantum dot solar cell).

الانجازات اللتي حققتها الابحاث المتعلقه بخلايا البيروفسكايت الشمسيه (Perovskite solar cell) لاقت اهتمامًا هائلاً من الجمهور، حيث ارتفعت كفاءاتها البحثية مؤخرًا فوق 20٪. كما أنها توفر مجموعة واسعة من التطبيقات منخفضة التكلفة.

بالإضافة إلى ذلك، هنالك تقنية ناشئة جديده، هي الخلايا الكهروضوئية المركزة (concentrator photovoltaics)، والتي تستخدم خلايا شمسية عالية الكفاءة ومتعددة الوصلات مع العدسات البصرية ونظام التتبع.

التقنيات 
يمكن اعتبار الخلايا الشمسيه شبيهه لمستقبلات الراديو. جهاز استقبال الراديو يتكون من ثلاث اجزاء رئيسية: الأول هو (antenna) والذي يعمل على تحويل موجات الراديو إلى موجات تشبه حركة الشحنات الكهربائية. الثاني هو صمام الكتروني (electronic valve) يحبس الإلكترونات عند خروجها من نهاية ال(antenna). والثالث هو موالف (tuner) يعمل على تضخيم الإلكترونات بتردد محدد. من الممكن بناء خلية شمسية مماثلة لجهاز استقبال الرادي، وهو نظام يعرف باسم المستقيم البصري (optical rectenna) ، لكن حتى وقتنا الحالي لا تعد عملية.

تتكون أغلبية الخلايا الشسمية المتواجده في الاسواق حاليا من اجهزة مصنوعه من السليكون. في خلايا السيليكون، يعمل السيليكون كمانح للإلكترون وكذلك كصمام إلكتروني. يعتبر السليكون من المواد واسعة الانتشار وقليلة التكلفة نسبيا. بالإضافة إلى ان من خصائصه ال ([./Https://en.wikipedia.org/wiki/Band%20gap band gap]) هو ما يجعله مناسبا جدا لامتصاص الضوء. في المقابل، يعد إنتاج السليكون بكميات كبيره امرا شاقا ومكلف، ولذلك هناك اتجاه بتقليل الكميه المستخدمه في صناعة الخلايا الشمسيه. علاوة على ذلك، يعتبر السليكون هش البنيه، ولذلك يتطلب استخدام لوح من الزجاج القوي لدعم الواح السليكون. ويعتبر الزجاج لوحده جزء كبير من تكلفة وحدة الخلايا الشمسيه.

وفقًا لحد (Shockley–Queisser limit)، ترجع غالبية الكفاءة النظرية للخلية الشمسية إلى اختلاف الطاقة بين فجوة الحزمة (band gap) والفوتون الشمسي. يمكن لأي فوتون ذا طاقة أكثر من فجوة الحزمة (band gap) أن يتسبب في إثارة ضوئية، ولكن في نفس الوقت يتم فقدان أي هذه الطاقة. بالنظر إلى الطيف الشمسي، جزء صغير فقط من الضوء الذي يصل إلى الأرض يكون باللون الأزرق ولكن هذه الفوتونات لديها ثلاثة أضعاف طاقة الضوء الأحمر. تبلغ فجوة حزمة السيليكون 1.1 الكترون فولت (eV) وهي مشابهه لطاقة الضوء الأحمر، في هذه الحالة يتم فقدان طاقة الضوء الأزرق في خلية السيليكون. وفي حال ضبطت فجوة الحزمة إلى نطاق أكبر (مثال إلى الضوء الازرق) هذه الطاقة سوف يستافد منها ولكن سيكون على حساب الفوتونات قليلة الطاقة.

من الممكن تحسين اداء الخلايا المشسيه ذات نوع (single-junction) من خلال الصاق عدة طبقات من الالواح النحيله والتي تملك مقدار مختلف من فجوة الحزمة (band gap) وهو ما يعرف بنهج ( multi-junction) . اساليب صناعة الواح السليكون التقليدية لا تصلح لهذا النهج. وبدلا عن ذلك، يتم استخدام الولح رقيقة مصنوعه من السليكون غير المتبلور ( amorphous silicon) ، ولكن هناك مشاكل أخرى مرتبطه بهذا النوع تمنعها من اداء نفس كفائة الالواح التقليديه. معظم الالوح المصنوعة بطريقة ال (multi-junction) مصنوعه من مواد شبه موصله عالية الاداء مثل زرنيخيد الغاليوم (gallium arsenide). من خلال التجراب وجد ان ثلاث طبقات من الخلايا الشمسية المصنوعه من زرنيخيد الغاليوم يمكن ان تححق كفاءة مقداراها 41.6%. في أيلول / سبتمبر 2013 ، أربعة طبقات من خلايا زرنيخيد الغاليوم تمكنت من بلوغ 44.7% الكفاءة.
توكد الدراسات الرياضية ان لوح واحد من الخلايا يجب ان يحتوي على فجوه حزمية (band gap) يبلغ مقدارها 1.13 الكترون فولت (eV)، أي مشابه تقريبًا لما تحتوي مادة السليكون. يمكن أن تتمتع هذه الخلية بأقصى قدر من الكفاءة النظرية لتحويل الطاقة وهي تبلغ 33.7٪ - علما بان الطاقة الشمسية اللتي تقل عن الأشعة تحت الحمراء وبالإضافة إلى الطاقة المرتبطه بالاوان الاعلى (اللون الازرق مثلا) تعتبر لا فائدة منها ولايمكن ان ينتج منها طاقة. بالنسبة للخلايا المكونة من طبقتين، يجب ضبط الطبقة الواحدة على 1.64 الكترون فولت (eV) والأخرى على 0.94 الكترون فولت (eV) واللتي قد تنتج أداء نظري قدره 44٪. وفي حالة الثلاث خلايا يتم ضبط الطبقات على 1.83 ، 1.16 و 0.71 الكترون فولت (eV) ، واللتي قد تنتج أداء نظري قدره 48٪. سيكون للخلية النظرية التي تحتوي على «لانهاية من الطبقات» كفاءة نظرية قدرها 68.2 ٪ للضوء المنتشر.

في حين أن التقنيات الشمسية الجديدة التي تم اكتشافها تتمحور حول تقنية النانو، هناك طرق تحتوي على مواد أخرى يمكن استخدامها حاليا. مثل الخلايا الكهروظوئية المصنوعه من مواد غير اشباه الموصلات كالبوليمرات والمحاكاة الحيوية (polymers and biomimetics)

الجيل الثالث من الخلايا الكهروظوئية يشمل تقنيات متعددة تحتوي وهي خلايا نقطة الكم الشمسية (Quantum dot solar cell). وخلايا الطبقات متعدده من الخلايا (multi-junction) والخلايا الشمسية متوسطة الفجوة الحزمية. وتقنية الثار الحاملة الساخنة (hot-carrier cells) وتقنيات الحرارة الشمسية (solar thermal) اللتي تشبه تقنية الثرموفوتون(thermophotonics) والتي حددها جرين على انها من الجيل الثالث.

ويضم الجيل الثالث كلا من الاتي:

 هياكل السيليكون النانوية (Silicon nanostructures)
 تعديل طيف الحادث ( تركيز ) ، للوصول إلى 300-500 شمس وكفاءة 32 ٪ (والتي تحققت بالفعل في خلايا Sol3g  ) إلى + 50 ٪.
 استخدام الحرارة الزائدة (الناجم عن ضوء الأشعة فوق البنفسجية ) لتعزيز تجميع الطاقة.
 استخدام طيف الأشعة تحت الحمراء لإنتاج الكهرباء في الليل.
 فجوة الفرقة
 الخلايا الكهروضوئية المركزة
 Nanoantenna
 الالكترونيات العضوية
 الالكترونيات المطبوعة

روابط خارجية 

 أجيال مختلفة من الخلايا الشمسية
 البحث في فرجينيا التقنية
 تبادل لإطلاق النار بالطاقة الشمسية في وادي سان جواكين
 السيليكون مقابل CIGS: مع الطاقة الشمسية، فإن القضية هي المادة
 بدء التشغيل يستهدف الخلايا الشمسية الرقيقة من السيليكون
 رذاذ على خلايا الطاقة الشمسية هي اختراق حقيقي
 الخلايا الشمسية: ضوء جديد رائع
 شركة هوندا تنتج كتلة شمسية رقيقة من الجيل التالي من الخلايا الشمسية
 المعجم

كهرباء
كهروضوئيات
الجيل الثالث من الخلايا الكهروضوئيه : هي خلايا شمسيه قادر ه على اجتياز الحد المعروف حاليا ب ( Shockley – Queisser limit ) و الذي يوكد على ان الخلايا الشمسيه الحالي ه تستطيع ان تنتج الطاقة بكفاءة تصل إلى 7 % . و تعد خلايا الجيل الثالث بدائل للخلايا المصنع ه حاليا من مواد شبه موصل ه و هي تقنية الجيل الأول ( p - n junctions ) وتقنية الجيل الثاني ( thin film cells ) . تتضمن أنظمة الجيل الثالث الشائعة طبقات متعدد ه من الخلايا ( multi - layers ) مصنوعة من السيليكون غير المت بلور ( amorph ous silicon ) أو زرنيخيد الغاليوم ( gallium arsenide ) . و هنالك أيضا تطورات نظريه أخرى تشمل : تقنية تحويل التردد ( تغيير ترددات الضوء التي لا يمكن للخلية استخدام ها إلى ترددات ضوئية يمكن للخلية استخدام ها - و ب التالي إنتاج المزيد من الطاقة ) تقنية الثار الحاملة الساخنة ( hot - carrier effects ) و غير ها من تقنيات طرد الناقل المتعدد ه ( multiple - carrier ejection techniques ) . تشمل الخلايا الكهروضوئية الناشئة ما يلي : كبريتيد الزنك النحاسي ( Copper zinc tin sulfide ) . الخلايا الشمسية الحساسة للصبغ ( Dye - sensitized solar cell ) . الخلايا الشمسية العضوية ( Organic solar cell ) بيروفسكايت الخلايا الشمسية ( Perovskite solar cell ) . الخلايا الشمسية نقطة الكم ( Quantum dot solar cell ) . الانجازات اللتي حققت ها الابحاث المتعلق ه بخلايا البيروفسكايت الشمسيه ( Perovskite solar cell ) لاقت اهتمامًا هائلاً من الجمهور ، حيث ارتفعت كفاءات ها البحثية مؤخرًا فوق . كما أن ها توفر مجموعة واسعة من التطبيقات منخفضة التكلفة . ب الإضافة إلى ذلك ، هنالك تقنية ناشئة جديد ه ، هي الخلايا الكهروضوئية المركزة ( concentrator photovoltai cs ) ، و التي تستخدم خلايا شمسية عالية الكفاءة ومتعددة الوصلات مع العدسات البصرية و نظام التتبع . التقنيات يمكن اعتبار الخلايا الشمسيه شبيه ه لمستقبلات الراديو . جهاز استقبال الراديو يتكون من ثلاث اجزاء رئيسية : الأول هو ( antenna ) و الذي يعمل على تحويل موجات الراديو إلى موجات تشبه حركة الشحنات الكهربائية . الثاني هو صمام الكتروني ( electronic valve ) يحبس الإلكترونات عند خروج ها من نهاية ال ( antenna ) . و الثالث هو موالف ( tuner ) يعمل على تضخيم الإلكترونات بتردد محدد . من الممكن بناء خلية شمسية مماثلة لجهاز استقبال الرادي ، و هو نظام يعرف ب اسم المس تقيم البصري ( optical rectenna ) ، لكن حتى وقة نا الحالي لا تعد عملية . تتكون أغلبية الخلايا الشسمية المتواجد ه في الاسواق حاليا من اجهزة مصنوع ه من السليكون . في خلايا السيليكون ، يعمل السيليكون كمانح للإلكترون و كذٰلك كصمام إلكتروني . يعتبر السليكون من المواد واسعة الانتشار وقليلة التكلفة نسبيا . ب الإضافة إلى ان من خصائص ه ال ( [ . / Https://en.wikipedia.org/wiki/Band%20gap band gap ] ) هو ما يجعل ه مناسبا جدا ل امتصاص الضوء . في المقابل ، يعد إنتاج السليكون ب كميات كبير ه امرا شاقا ومكلف ، و لذٰلك هناك اتجاه بتقليل الكميه المستخدم ه في صناعة الخلايا الشمسيه . علاوة على ذلك ، يعتبر السليكون هش البنيه ، و لذٰلك يتطلب استخدام لوح من الزجاج القوي ل دعم الواح السليكون . و يعتبر الزجاج لوحد ه جزء كبير من تكلفة وحدة الخلايا الشمسيه . وفقًا ل حد ( Shockley – Queisser limit ) ، ترجع غالبية الكفاءة ال نظرية للخلية الشمسية إلى اختلاف الطاقة بين فجوة الحزمة ( band gap ) والفوتون الشمسي . يمكن ل أي فوتون ذا طاقة أكثر من فجوة الحزمة ( band gap ) أن يتسبب في إثارة ضوئية ، و لٰكن في نفس الوقت يتم فقدان أي هذه الطاقة . ب النظر إلى الطيف الشمسي ، جزء صغير فقط من الضوء الذي يصل إلى الأرض يكون باللون الأزرق و لٰكن هذه الفوتونات لدي ها ثلاثة أضعاف طاقة الضوء الأحمر . تبلغ فجوة حزمة السيليكون 1 الكترون فولت ( eV ) و هي مشابه ه لطاقة الضوء الأحمر ، في هذه الحالة يتم فقدان طاقة الضوء الأزرق في خلية السيليكون . و في حال ضبطت فجوة الحزمة إلى نطاق أكبر ( مثال إلى الضوء الازرق ) هذه الطاقة سوف يستافد من ها و لٰكن س يكون على حساب الفوتونات قليلة الطاقة . من الممكن تحسين اداء الخلايا المشسيه ذات نوع ( single - junction ) من خلال الصاق عدة طبقات من ا الألواح النحيل ه و التي تملك مقدار مختلف من فجوة الحزمة ( band gap ) و هو ما يعرف ب نهج ( multi - junction ) \ . اساليب صناعة الواح السليكون التقليدية لا تصلح ل هٰذا ال نهج . وبدلا عن ذلك ، يتم استخدام الولح رقيقة مصنوع ه من السليكون غير المت بلور ( amorph ous silicon ) ، و لٰكن هناك مشاكل أخرى مرتبط ه ب هٰذا النوع تمنع ها من اداء نفس كفائة ا الألواح التقليدي ه . معظم الالوح المصنوعة ب طريقة ال ( multi - junction ) مصنوع ه من مواد شبه موصل ه عالية الاداء مثل زرنيخيد الغاليوم ( gallium arsenide ) . من خلال التجراب وجد ان ثلاث طبقات من الخلايا الشمسية المصنوع ه من زرنيخيد الغاليوم يمكن ان تححق كفاءة مقدارى ها 6 % . في أيلول / سبتمبر ، أربعة طبقات من خلايا زرنيخيد الغاليوم تمكنت من بلوغ 7 % الكفاءة . توكد الدراسات الرياضية ان لوح واحد من الخلايا يجب ان يحتوي على فجوه حزمية ( band gap ) يبلغ مقدار ها 13 الكترون فولت ( eV ) ، أي مشاب ه تقريبًا ل ما تحتوي مادة السليكون . يمكن أن تتمتع هذه الخلية ب أقصى قدر من الكفاءة ال نظرية ل تحويل الطاقة و هي تبلغ 7 ٪ - علما ب أن الطاقة الشمسية اللتي تقل عن الأشعة تحت الحمراء وب الإضافة إلى الطاقة المرتبط ه بالاوان الاعلى ( اللون الازرق مثلا ) تعتبر لا فائدة من ها ولا يمكن ان ينتج من ها طاقة . ب النسبة للخلايا المكونة من طبقتين ، يجب ضبط الطبقة الواحدة على 64 الكترون فولت ( eV ) و الأخرى على 94 الكترون فولت ( eV ) واللتي قد تنتج أداء نظري قدر ه . و في حالة الثلاث خلايا يتم ضبط ا الطبقات على 83 ،16 و 71 الكترون فولت ( eV ) ، واللتي قد تنتج أداء نظري قدر ه . س يكون للخلية ال نظرية التي تحتوي على « لانهاية من ا الطبقات » كفاءة نظرية قدر ها 2 ٪ للضوء المنتشر . في حين أن التقنيات الشمسية الجديدة التي تم اكتشاف ها تتمحور حول تقنية النانو ، هناك طرق تحتوي على مواد أخرى يمكن استخدام ها حاليا . مثل الخلايا الكهروظوئية المصنوع ه من مواد غير اشباه الموصلات كالبوليمرات والمحاكاة الحيوية ( polymers and biomimetics ) الجيل الثالث من الخلايا الكهروظوئية يشمل تقنيات متعددة تحتوي و هي خلايا نقطة الكم الشمسية ( Quantum dot solar cell ) . وخلايا ا الطبقات متعدد ه من الخلايا ( multi - junction ) والخلايا الشمسية متوسطة الفجوة الحزمية . وتقنية الثار الحاملة الساخنة ( hot - carrier cells ) وتقنيات الحرارة الشمسية ( solar th er m al ) اللتي تشبه تقنية الثرموفوتون ( thermoph otonics ) و التي حدد ها جرين على أن ها من الجيل الثالث . و يضم الجيل الثالث كلا من الاتي : هياكل السيليكون النانوية ( Silicon nanostructur es ) تعديل طيف الحادث ( تركيز ) ، ل الوصول إلىشمس و كفاءة ٪ ( و التي تحققت ب الفعل في خلايا Sol3g ) إلى + ٪ . استخدام الحرارة الزائدة ( الناجم عن ضوء الأشعة فوق البنفسجية ) ل تعزيز تجميع الطاقة . استخدام طيف الأشعة تحت الحمراء ل إنتاج الكهرباء في الليل . فجوة الفرقة الخلايا الكهروضوئية المركزة Nanoantenna الالكترونيات العضوية الالكترونيات المطبوعة روابط خارجية أجيال مختلفة من الخلايا الشمسية البحث في فرجينيا التقنية تبادل لإطلاق النار ب الطاقة الشمسية في وادي سان جواكين السيليكون مقابل CIGS : مع الطاقة الشمسية ، ف إن القضية هي المادة بدء التشغيل يستهدف الخلايا الشمسية الرقيقة من السيليكون رذاذ على خلايا الطاقة الشمسية هي اختراق حقيقي الخلايا الشمسية : ضوء جديد رائع شركة هوندا تنتج كتلة شمسية رقيقة من الجيل التالي من الخلايا الشمسية المعجم كهرباء كهروضوئيات