新兴太阳能电池技术的挑战和趋势-热分析和联用技术

太阳能行业面临着复杂的政治 链障碍。从材料短缺到关税等现实存在以及 、监管和供应 可能出现的挑战往往被用作驳斥太阳能有效 性的论据的基础。 光伏效应最早于 19世纪由法国物理学家 Edmond 室研制出第一个实用的硅太阳能电池 Becquerel发现。1954年，贝尔实验 1。然而， 由于研发时间不足 太阳能电池效率低下 和技术尚不完善 。

2020年以来，太阳能已成为地球上便宜的可再生能源。国际可再生能源机构 2指出，近三分之二（62%）的风能和太阳能等可再生能源比便宜的新矿物 燃料价格更低。 能农场正在取得业务进展 太阳能领域的科学和商业进步仍然很活跃；尽管面临不断变化的挑战 。玻璃、硅和聚合物等关键材料的创新突破也在推动技术的发展 ，但越来越多的太阳 。 同时 组件所需的特性 ，科学家们也更加依赖于完善的分析解决方案来测试 。 电池、硅晶片和互连器等太阳能 全球聚合物光伏太阳能技术（光伏）或光伏电力市场预计将从2020年的766亿美元增长到 2025年的1131亿美元，复合年增长率（CAGR）为8.1%3。

从生产能力的角度来看 生产的光伏组件已经高达 ，2003 130千兆瓦 年，世界范围的太阳能生产能力为 。在短短17年内，太阳能产量已增加 750兆瓦， 150 2019 多倍 年 ， ， 这意 全球 味着我们即将步入兆兆瓦时代。最新数据显示，2021年全球太阳能产量达到175千兆瓦， 证明了产量持续增长的趋势 兆字节的光伏设备。在未来两三年内，各大厂商将在全球范围内安装内存超过一 ，其次是北美（2021年超过欧洲）、欧 洲（目前位列第三）、印度和日本。这些国家的光伏安装量占2020年全球总安装量的 88 西班牙 %4。 、 2021 法国 年的数据显示 、巴西和美国 ， ） 前 的光伏安装量约占全球年度光伏市场的 10个国家（澳大利亚、中国、印度、 74 日本 %， 、 与 韩国 2020 、德国 年相比 、 略有下降5。

随着太阳能行业的不断成熟 正各种曾经导致增长缓慢的问题 ，该行业开始努力解决和纠 。例如，该行业曾经需 已经不再需要 要提供安装补贴 提供 ， ， 特别是对于光照不足的地区 因为这些地区已经能够产生大量的 。但现在 太阳能 产量翻了一番 。另外 。 ， 如今 光伏组件的平均价格下降了 ，太阳能行业面临的更大瓶颈是能 20%，同时 源储存问题 存或者分享/ 。 出售这些剩余的能源 当能源产量超出需求量时 ？

新兴太阳能电池技术的最大挑战：过期的硅组件 晶体硅是光伏领域用于生产太阳能电池的最重要的半导 体材料，占据光伏市场95%的份额。虽然一些硅组件已 使用超过40年，但其生产功率仍保持在初始功率的80%。碲化镉 镓硒（CIGS （CdTe ） ） 太阳能电池在市场上也有销售 薄膜技术获得了少量的份额 ，但其市场 。铜铟 份额小于晶体硅。

新兴技术包括有机光伏太阳能电池、染料敏化太阳能电 池或钙钛矿太阳能电池。到目前为止，有机光伏太阳能 电池和染料敏化太阳能电池已被证明是低效的，并可能 导致严重的问题 毒性低和易于生产的特点 。由于这两类电池具有制备方法简单 ，它们已被广泛研究。但问题 、 仍然存在，因为与硅太阳能电池相比，其效率和稳定性 相对较低。

此外 这将改变太阳能电池板的生产格局 ，太阳能电池市场正在经历电池技术的重大转变 。

通过在电池后侧添加电介质钝化层 能量转换效率。这些电池被称为发射极和背面钝化电 ，可以实现更高的 池（PERC）。异质结技术（HJT）也是一种正在兴起 的方法。HJT将两种不同的技术相结合，在两层非晶 “ 这两种技术的结合能够获取更多的能量 薄膜”硅之间嵌入晶体硅电池。与单一技术相比 。目前，HJT是 ， 太阳能行业中将效率和功率输出同时提高到水平 的有效工艺。据预测，PERC和HJT将成为未来的主 导电池技术，半电池硅晶片将获得更多的份额6。

伴随着电池技术的进步 变化。市场对采用18-25 ， 根极细电线的多线技术的关注度 电池的互联解决方案也在迅速 很高 能电池破损的危险 。这些电线可以降低太阳能的电池受力 ，利用较低的太阳能温度 ， ， 减少太阳 并产生较 大的活性区域。

太阳能技术的新趋势 太阳能技术的一个有趣的新趋势是瓦片技术 原理很简单：将太阳能电池制作成您在大多数家庭的屋 。该技术的 顶上见到的瓦片 连接，不需要使用任何电线或扎带 。生产商只需要将太阳能电池叠放进行 。

建筑一体化光伏产品越来越多地被用到建筑设计和规划 中。它们可以被集成到墙壁和屋顶上，甚至被改装，还 可以与建筑本身的电源相连 蓬勃发展，光伏产品正应用于公交车站 。城市一体化光伏技术也在 、人行道和公园 等城市基础设施，并直接与电网连接。 随着市场扩张 然，一块太阳能电池板是由许多不同的先进材料分层组 ，光伏组件技术也得到多样化的发展。当 成的，每种材料可能需要一系列分析工具，才能 准确分析和预测实现最佳太阳能发电和寿命所需的特性。

ICP-MS 用于元素纯度分析 ， 如测试硅纯度 ， 而 UV/Vis/NIR 对于保障电池的耐久性和长期使用的聚合物材料 用于分析玻璃和玻璃涂层的反射性等特性 ，包括 。 封装在光伏层中的材料 用解决方案的一系列分析技术进行检查 ，可以使用从热分析到红外和联 。事实上，FTIR和FT-IR成像是UV/Vis/NIR分析的补充。 的发展 有机光伏技术 。差示扫描量热法 （OPV）的进步依赖于聚合物半导体材料 （DSC）和热重分析（TGA） 是聚合物研究中科学工具 阳能电池，性能下降一直是一个大问题 。 。 对于染料敏化太 DSC或TGA可 以用来研究该性能下降机制9。

研究人员将继续研究广泛用于光伏产品的层状多层聚合 物薄膜，以确定材料失效的特征值。这项系统研究考察 了层状多层薄膜的试样制备对加速老化试验结果的影响 主要目的是制造更耐用且具有更长寿命的组件 ， 10。 TG-IR、TGA-GC/MS或TGA-IR-GC/MS等热分析和联用 技术为试验提供了极大的灵活性 不同类型的材料信息。