در دنیای امروز، با توجه به کمبود منابع انرژی فسیلی و نگرانی‌های زیست محیطی، مواد پنل خورشیدی به عنوان یکی از عناصر کلیدی در تولید انرژی پاک و تجدیدپذیر مطرح شده‌اند. پنل‌های خورشیدی (فتوولتائیک) با استفاده از نور خورشید، انرژی الکتریکی تولید می‌کنند و نقش برجسته‌ای در تحول انرژی پایدار دارند.
اما برای آشنایی بیشتر با نحوه کار و تولید این پنل‌ها، لازم است به مواد تشکیل‌دهنده آن‌ها و منابع مهم تأمین‌کننده این مواد پنل خورشیدی بپردازیم. همچنین در ادامه به تاریخچه توسعه صنعت پنل خورشیدی نیز اشاره خواهیم کرد.
1. سیلیکون – ستون فقرات ساخت پنل خورشیدی
یکی از مهم‌ترین مواد پنل خورشیدی ، سیلیکون است. این عنصر شیمیایی از نظر فراوانی، دومین عنصر فراوان در پوسته زمین بعد از اکسیژن است و به دلیل خواص نیمه‌هادی بودن، در ساخت سلول‌های خورشیدی کاربرد گسترده‌ای دارد.
دو نوع اصلی سیلیکون در ساخت پنل خورشیدی وجود دارد:
سیلیکون کریستالی (Crystalline Silicon) : شامل سیلیکون مونوکریستالی و چندبلوری که راندمان بالایی دارند.
سیلیکون لایه نازک (Thin Film Silicon) : که در برخی پنل‌های خاص مورد استفاده قرار می‌گیرد.
منابع عمده سیلیکون در جهان شامل کشورهای چین، ایالات متحده، روسیه و استرالیا هستند.
2. ویفرهای سیلیکونی – بخش مرکزی سلول‌های خورشیدی
ویفرهای سیلیکونی اساس سلول‌های خورشیدی را تشکیل می‌دهند. این ویفرها از سیلیکون ذوب شده تهیه می‌شوند و پس از فرآیند بلورگیری و برش، به صورت ورقه‌های نازک در می‌آیند. این ویفرها معمولاً در کارخانجات بزرگ تولیدکننده سیلیکون مثل شرکت‌های چینی و آمریکایی تولید می‌شوند.
شرکت‌هایی مانند LONGi Green Energy و JinkoSolar از بزرگترین تولیدکنندگان ویفرهای سیلیکونی هستند که در سال‌های اخیر رهبری این حوزه را در دست داشته‌اند.
3. سلول‌های خورشیدی – قلب پنل خورشیدی
سلول‌های خورشیدی واحد اصلی تبدیل نور خورشید به برق هستند. این سلول‌ها اغلب از سیلیکون تهیه می‌شوند، اما در برخی فناوری‌های پیشرفته از موادی مانند سلنیوم کادمیوم (CdTe) و CIGS (مس- ایندیم- گالیم- سلنیوم) نیز استفاده می‌شود.
منابع اصلی تأمین سلول‌های خورشیدی شامل کارخانه‌های تخصصی در چین، هند، مالزی و ایالات متحده هستند. شرکت First Solar یکی از بزرگترین تولیدکنندگان سلول‌های خورشیدی با فناوری CdTe است.
4. شیشه – محافظت از سلول‌های داخلی
شیشه یکی از اجزا ضروری در ساختار پنل خورشیدی است که نقش محافظت از سلول‌های خورشیدی و هدایت نور را بر عهده دارد. این شیشه باید دارای شفافیت بالا و مقاومت مکانیکی مناسب باشد.
منابع عمده شیشه مورد استفاده در پنل‌های خورشیدی شامل شرکت‌های تولیدکننده شیشه ضد انعکاس در کشورهایی مانند آلمان، چین و ژاپن هستند. شیشه‌های مخصوص خورشیدی معمولاً از سیلیس تصفیه شده ساخته می‌شوند.
5. مواد تشکیل‌دهنده لایه‌های داخلی و فریم
در کنار سیلیکون و شیشه، چسب‌های اتصال‌دهنده ، صفحه پشتی (Backsheet) و فریم آلومینیومی نیز اجزای مهم پنل خورشیدی هستند. این مواد از عناصری مانند پلیمرهای ترموفیوژن، آلومینیوم و مواد عایق الکتریکی تشکیل شده‌اند.
چسب EVA (اتیلن وینیل استات) : بین سلول‌ها و شیشه قرار می‌گیرد و نقش چسبندگی و حفاظت را ایفا می‌کند.
فریم آلومینیومی : به عنوان قاب و ساختار نگهدارنده پنل عمل می‌کند.
این مواد در کارخانه‌های تخصصی شیمیایی و فلزکاری تولید می‌شوند و بیشتر از کشورهایی مانند کره جنوبی، چین و آلمان وارد می‌شوند.
تاریخچه توسعه صنعت پنل خورشیدی
اولین سلول خورشیدی فتوولتائیک در سال 1839 توسط الکساندر بکرل کشف شد، اما توسعه واقعی این فناوری در دهه 1950 در آزمایشگاه‌های Bell Labs آغاز شد. در آن زمان، سلول‌های خورشیدی اولیه با راندمان حدود 6٪ توسعه یافتند و ابتدا برای مصارف فضایی استفاده می‌شدند.
در دهه 1970 و با بحران نفت، تحقیقات درباره کاربردهای غیرنظامی و غیرفضایی پنل‌های خورشیدی گسترش یافت. در دهه 1980، فناوری‌های بهتر و کاهش هزینه‌ها باعث شد تا این انرژی به تدریج وارد بازارهای مسکونی و صنعتی شود.
در دو دهه اخیر، به ویژه با معرفی فناوری‌های PERC ، TOPCon و HJT ، کارایی پنل‌ها به بیش از 22٪ رسیده است و هزینه‌های تولید به طور چشمگیری کاهش یافته است.
امروزه، با پیشرفت‌های فناوری و گسترش تولید انبوه، کشورهایی مانند چین، آمریکا، آلمان و هند به عنوان قطب‌های اصلی تولید پنل‌های خورشیدی در دنیا شناخته می‌شوند.
نتیجه‌گیری
با توجه به اهمیت روزافزون مواد پنل خورشیدی در توسعه انرژی پاک، شناسایی منابع تأمین‌کننده این مواد امری ضروری است. از سیلیکون و ویفرهای خورشیدی گرفته تا شیشه، سلول‌های فتوولتائیک و مواد داخلی، هر کدام نقش مهمی در کیفیت و راندمان پنل‌ها دارند.
همچنین با توجه به تاریخچه چندصدساله تحقیقات علمی در این زمینه، می‌توان دریافت که صنعت پنل خورشیدی در حال حرکت به سمت نوآوری، کاهش هزینه و افزایش دسترسی به منابع پایدار است.
انتخاب بهترین مواد و تأمین‌کنندگان معتبر، می‌تواند به بهبود کیفیت سیستم‌های خورشیدی و دستیابی به انرژی تمیز کمک کند. بنابراین، شناخت این منابع برای متخصصان، سرمایه‌گذاران و حتی کاربران نهایی بسیار ارزشمند است.