تاريخ الخلايا الشمسية

إن أصل مصطلح "الضوئية" (photovoltaic) من اليونانية (φῶς (phōs)) ويعني الضوء ومن اسم فولتا وهو فيزيائي إيطالي، فولت -وحدة تابعة للقوة الدافعة الكهربائية-،و بذا أصبح المصطلح(photovoltaic) باللغة الإنجليزية منذ عام 1849.
تم التعرف لأول مرة على تأثير الضوئية في عام 1839 من قبل الفيزيائي الفرنسي بيكريل. ومع ذلك فقد تم بناء أول خلية ضوئية عام 1883 من قبل شارلز فريتز، الذي قام بتغليف- السيلينيوم أشباه الموصلات- بطبقة رقيقة جدا من الذهب لتشكيل التقاطعات. وكانت كفاءة الجهاز حوالي 1٪ فقط. وفي عام 1888 بنى الروسي الفيزيائي الكسندرستوليتوف أول خلية كهروضوئية على أساس تأثير الكهروضوئي الخارجي الذي اكتشفه هاينريش هيرتز في وقت سابق من عام 1887. وقد وضح ألبرت آينشتاين التأثير الكهروضوئي في عام 1905 وقد حصل على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1921. وقد حصل روسل أوهل على براءة اختراع لأشباه الموصلات في تقاطع الخلايا الشمسية الحديثة في عام 1946، [4] الذي تم اكتشافه في الوقت الذي تمت فيه سلسلة من التطورات التي عنيت بالترانزستور
"بيل" تنتج عملياً الخلية الضوئية الأولى[عدل]
لقد تم تطوير الخلية الضوئية الحديثة في عام 1954 في مختبرات بيل. [5] وقد وضعت لأول مرة خلية ذات كفاءة عالية للطاقة الشمسية من قبل شابين داريل، كالفين فولر ساوثير وجيرالد بيرسون في عام 1954 باستخدام موزع تقاطع PN السيليكون. [6] في البداية، وضعت الخلايا لغايات ألعاب الأطفال واستخدامات أخرى ثانوية، حيث أن تكلفة الكهرباء التي تنتجها كانت عالية جدا، نسبياً، وكانت تكلفة الخلية التي تنتج 1 واط من الطاقة الكهربائية في ضوء الشمس الساطع نحو 250 دولارا، مقارنة إلى 2 دولار إلى 3 دولارات لإقامة مصنع للفحم. وتم انقاذ الخلايا الشمسية من الغموض من خلال اقتراح لإضافتها إلى القمر الصناعي "فانغوارد"، الذي أطلق في عام 1958. في الخطة الأصلية، يتم تزويد القمر الصناعي بالطاقة عن طريق البطارية فقط، فتستمر لفترة قصيرة.. لذلك بإضافة الخلايا إلى خارج الجسم، يمكن تمديد الوقت بدون تغييرات كبيرة في المركبات الفضائية أو نظام الطاقة فيها. كان هناك بعض الشكوك في البداية، ولكن الممارسة العملية للخلايا أثبتت نجاحا كبيرا، وكانتبذا صممت الخلايا الشمسية للأقمار الصناعية الجديدة، ولا سيما تلستار بيل نفسه. وكان التحسن بطيئا على مدى العقدين التاليين، وكان الاستخدام على نطاق واسع في مجال التطبيقات الفضائية حيث أن نسبة القوة-الوزن أعلى من أي تكنولوجيا منافسة. ومع ذلك، كان هذا النجاح أيضا السبب وراء بطء التقدم؛مستخدمي الفضاء كانوا على استعداد لدفع أي شيء للحصول على الخلايا على أفضل وجه ممكن، فليس هناك ما يدعو للاستثمار في حلول أقل تكلفة إذا كان هذا من شأنه أن يقلل من الكفاءة. بدلا من ذلك، تم تحديد السعر من الخلايا إلى حد كبير في صناعة أشباه الموصلات، انتقالهم إلى الدوائر المتكاملة في 1960s أدى إلى توافر أكبر بولز بأسعار أقل نسبيا.و كما انخفضت أسعارها، انخفضت أسعار الخلايا الناتجة كذلك. وتم حصر هذا التأثير، وحوالي عام1971 تشير التقديرات إلى أن أسعار الخلايا هي 100 دولار لكل واحد واط
"برمان"و تخفيضات الأسعار[عدل]
في أواخر 1960، وكان إليوت بيرمان يقوم بالتحقيق في طريقة جديدة لإنتاج السليكون(المادة الخام) في عملية الشريط.ومع ذلك، وجد القليل من الاهتمام في هذا المشروع، وكان غير قادر على الحصول على التمويل اللازم لتطويره...و حين جاءت الفرصة، قد قدم في وقت لاحق لفريق في إكسون الذين كانوا يبحثون عن مشاريع 30 عاما في المستقبل. وكان الفريق قد توصل إلى أن تكلفة الطاقة الكهربائية سيكون أكثر بكثير بحلول عام 2000، ورأت أن هذه الزيادة في الأسعار سيجعل المصادر البديلة للطاقة أكثر جاذبية، وكانت الطاقة الشمسية الأكثر إثارة للاهتمام ,و في عام 1969، انضم بيرمان ليندن، نيو جيرسي مختبر إكسون، الطاقة الشمسية شركة (أدنوك). [8] وكان أول جهد كبير له هو حشد السوق المحتملة لنرى ما إمكانيات الاستخدام كمنتج جديد، وأنها سرعان ما وجدت أنه إذا تم تخفيض سعر لكل واط من 100/watt $ إلى حوالي $ 20/watt سيكون هناك طلب كبير. مع العلم أن مفهومه للشريط قد يستغرق سنوات للتطوير، بدأ فريق تبحث عن سبل للوصول إلأى سعر 20 $ باستخدام المواد الموجودة. [8] وكان أول تحسين هو إدراك أن الخلايا الموجودة معتمدة على مستوى عملية تصنيع أشباه الموصلات، على الرغم من أنه لم يكن مثاليا. بدأ هذا بتقطيعها إلى أقراص تسمى رقائق، تلميع الأقٌراص, وبعد ذلك لاستخدام الخلية يتم طلائها بطبقة مضادة للانعكاس. وأشار بيرمان إلى أن الرقائق الخام مضادة للانعكاس تماماً، وبجعل الأقطاب مباشرة على هذا السطح، تم القضاء على اثنين من الخطوات الرئيسية في معالجة الخلية. وقام الفريق بتحسين الخلايا إلى صفوف، والقضاء على المواد باهظة الثمن والأسلاك من ناحية استخدامها في تطبيقات الفضاء. وكان الحل باستخدام لوحة الدوائر في الطبقة السفلية، والبلاستيك الاكريليك في الطبقة العلوية، والغراء سيليكون بينهما،. كان أكبر تحسن في تحقيق بيرمان بأن سعر السيليكون الموجود جيد جداً للاستخدام في الخلايا الشمسية، أما العيوب البسيطة فهو أن الرقاقة الفردية للإلكترونيات قد يكون لها تأثير بسيط في تطبيق الطاقة الشمسية [9] وبوضع كل من هذه التغييرات موضع التنفيذ، بدأت الشركة في شراء السيليكون من الشركات المصنعة الحالية وبتكلفة منخفضة جدا. باستخدام أكبر رقائق المتاحة، وبالتالي تقليل كمية من الأسلاك لمنطقة معينة, وبحلول عام 1973 SPC كانت تنتج لوحات بسعر 10 دولارات للواط الواحد وبيعها بمبلغ 20 واط الواحد، وهو خمسة أضعاف نقصان في الأسعار في غضون عامين
سوق التنقل[عدل]
توصلت (SPC) إلى شركات صنع المحطات كسوق طبيعية لمنتجاتها، ولكن وجدت هذا الوضع غريباً. وكانت الشركة الأساسية في مجال الطاقة هي أوتوماتيك باور، وهي الشركة المصنعة للبطارية. مدركين أن الخلايا الشمسية قدتؤثرفي أرباحها، فقامت هذه الشركة بشراء النموذج الأول من إلكترونيات هوفمان ونشرت ذلك[10] وبما أنه لم يكن هناك أي مصلحة في الطاقة في اوتوماتيك باور، وتحولت SPC إلى إشارة تايدلند، وهي شركة أخرى للبطاريات التي شكلتها سابقا أوتوماتيكية المديرين. عرض تايدلند محطات التي تعمل بالطاقة الشمسية. و بسبب الزيادة المتسارعة في عدد حاملات النفط البحرية ومرافق التحميل فقد أنتج ذلك سوقا ضخمة بين شركات النفط. وبتحسن فرص تايدلند، بدأت أوتوكاتيك باور بالبحث عن العروض الخاصة بهم من الألواح الشمسية. وجدوا ييركس الشرعية الدولية لتوليد الطاقة الشمسية (SPI) في ولاية كاليفورنيا، الذي كان يبحث عن السوق. تم شراء (SPI) من أكبر عملائها، عملاق النفط أركو، بتشكيل أركوللطاقة الشمسية. مصنع للطاقة الشمسية أركو في كاماريللو، وكانت كاليفورنيا أول مكرسة لبناء الألواح الشمسية، وكان في عملية مستمرة من شرائها من قبل أركو في عام 1977 إلى 2011 عندما تم إغلاقه بواسطة سولاروورلد. هذه السوق، وأدى هذا بالإضافة إلى أزمة النفط عام 1973، إلى حالة مشكوكة. وكانت شركات النفط في تلك الفترة بسبب أرباحها الضخمة خلال الأزمة، ولكنها كانت تدرك تماما أن النجاح في المستقبل ستعتمد على شكل آخر من أشكال الطاقة. وبمرور بعض السنوات، وبدأت شركات النفط الكبرى بعدد من شركات الطاقة الشمسية، وكانت لعدة عقود أكبر منتجي الطاقة الشمسية. إكسون،آركو، وشركة شل، أموكو (التي تم شراؤها في وقت لاحق من قبل شركة بريتيش بتروليوم) وشركة موبيل وكان جميع الشعب الشمسية الكبرى خلال 1970 و 1980. شركات التكنولوجيا لديها أيضا بعض الاستثمارات، بما في ذلك شركة جنرال الكتريك، وموتورولا، آي بي إم، وتايكو