看光明的一面——先进的太阳能材料测试和分析

全球关注抗击气候变化和更强的努力创造更好的解决方案来满足我们的能源需求,太阳能市场升温。它不仅持有的标题世界上最便宜的形式的生产能源,但是太阳能电池板技术背后的思想或光伏(PV)变得越来越聪明,越来越适应技术发展。

认识到人们需要各种各样的解决方案取决于环境、气候、人与文化、行业拥有越来越多的选择,在任何地方都可以工作在阳光下。它不再仅仅是那些巨大的太阳能农场,我们看到在沙漠- pv也可以漂浮在水面上,装饰我们的建筑,骑着车屋顶,躲在我们农场道路基础设施和阴影。

随着这些新应用成为现实通过材料的突破玻璃,硅和聚合物,反过来科学家需要能够依靠分析解决方案,可以测试所需的属性发展太阳能组件材料。

废黜国王硅

一个典型的例子是使用帐龄分析。它可以提高理解小说的材料进入光伏混合将执行与晶体硅、组成95%的光伏市场在2020年。晶体硅已被证明非常有效——t这里有硅模块在该领域已经超过40岁了,但仍然生产80%的初始力量。四十年后不坏的位。然而,有迹象表明,硅对权力的控制可能会开始减弱。光伏模块是由各种不同的先进的多层复合材料。每个材料可能需要一组特定的分析技术的材料特性为最佳的太阳能发电和光伏模块寿命。高分子材料作为电池密封剂,层粘连和backsheets支撑细胞的耐久性和长期使用。这些可以使用各种分析技术的特点;从热分析傅里叶变换红外光谱学(红外光谱)和用连字符连接的解决方案。不同材料之间的相互作用在复合PV模块已经确定模块退化的一个主要根源。因此,结合仪器的方法使用各种分析技术”来形容的化学和物理交互界面的这些材料预测他们的长期稳定是至关重要的。

市场上的光伏模块的部分已经包含CdTe(镉碲化)和香烟(铜铟镓硒)。虽然这些薄膜技术保持在市场上立足,他们将不太可能取代晶体硅作为主要材料标准光伏模块。E合并技术,如有机光伏(口服脊髓灰质炎疫苗)和金属卤化物钙钛矿(MHP)太阳能电池继续获得动力作为潜在的替代方案。由于增加的相对较新的太阳能景观、户外老化口服脊髓灰质炎疫苗和民族主义者行动党(MHP)太阳能电池的数据不足。因此,技术进步严重依赖实验室检测理解新细胞材料的降解机制。到目前为止,口服脊髓灰质炎疫苗细胞已被证明是相对效率低下,可能会导致严重的稳定性问题。这些类型的细胞受到广泛的研究,由于其制备方法简单、低毒性、低成本和易于生产。民族主义者行动党(MHP)细胞,另一方面,证明有问题的,因为他们不太丰富的和不稳定的硅。然而,民族主义者行动党(MHP)细胞的效率和通用性被证明非常有前途。此外,民族主义者行动党(MHP)细胞可用于与其他现有技术组合,进一步提高整体效率。Silicon-perovskite串联太阳能电池为例,使用二次钙钛矿硅基电池单元。辅助细胞有不同的带隙,允许细胞更好地利用传入的太阳辐射。

最大的挑战是建立长期稳定。因此,有更多的工作要做在这些新兴技术de-throne硅。正如前面提到的,有各种各样的技术在我们处理理解材料的稳定性。大多数数据从我们的样品,用连字符连接技术,分析单个样本与多个工具是可取的。热重分析(TGA)可以结合红外光谱甚至气相色谱分析-质谱法(气相)提供一个用连字符连接的解决方案。用连字符连接解决方案的配置包括TGA-FTIR TGA-GC-MS甚至TGA-FTIR-GC-MS和用于提供最终测试的灵活性,允许不同类型的材料特性数据从一个样本。口服脊髓灰质炎疫苗的发展依赖于聚合物半导体材料的发展。差示扫描量热法(DSC)和TGA热表征聚合物的技术研究是不可或缺的。新的和现有的太阳能电池技术,热稳定性和退化是一个大问题。DSC和TGA的退化机制可以用来研究这些光伏模块的组件。

电池技术的突破

通过产生更大的太阳能电池晶片和分裂成两半或季度,整体活性表面积可以增加,导致更高的输出和串行的减少阻力。这种改变意味着预计将晶片大小呈指数增长在接下来的十年。与目前太阳能材料,纯度和光学清晰的太阳能电池仍是至关重要的。电感耦合等离子体质谱法(icp),用于元素纯度分析,如测试硅的纯度,而ultra-violet-visible-near-infrared (紫外可见nir)光谱法用于分析玻璃的反射和吸收特征,玻璃涂料和密封剂。UV-Vis-NIR光谱学可以用来检测理想光学性质的变化在年龄和退化的样本。

市场也看到一个剧变细胞技术,将会改变光伏模块生产。钝化发射极和后方cell /接触(PERC)技术控制标准细胞消失。PERC旨在实现更高的能量转换效率通过添加介质钝化层后的细胞。异质结技术(HJT)是另一个方法也在上升。HJT结合现有wafer-based光伏技术与薄膜技术,使其高效。据预测,PERC和HJT将成为主导未来电池技术和半晶片细胞将获得更多的市场份额。

电池技术的进步,旁边的互连细胞正在推进。有一种强烈的专注于使用多个细电线连接债券细胞。这些细线给细胞更少的压力,降低了破碎险和创建一个更大的有效面积。由叠瓦构造单元互连是另一个重大的进步。这个简单的原则是基于你所看到的大多数瓦屋顶。太阳能电池生产商重叠,否定任何电线或丝带连接的必要性。结构化的衬托也一个新兴技术,让所有联系人,阳极和阴极,背面印刷电路板。与之前的例子不同,至关重要的是有一个好的了解这些新材料和技术的相互作用来确定和预测退化使用一套材料表征仪器。

一个闪亮的未来

未来市场对太阳能无疑是令人印象深刻的增长数据。光伏电力市场预期增长从2020年的766亿美元(美元)到2025年1131亿美元,年复合增长率为8.1%。更多的国家也加入了这一行动与美国、欧洲、日本和许多其他国家加入中国市场。

由于光伏发电系统的效率,能源生产不是一个问题,然而,真正的瓶颈是存储。/如何我们储存清洁太阳能和日益增长的数量我们如何有效地转移顺差?答案在于电池研究和能量储存。各种电池的发展正在进入激动人心的阶段。

太阳能电池本身——在生产能源层面,研究人员越来越多地寻求替代非硅材料为了使光伏模块更便宜、更小、更轻,同时保持耐久性和寿命,同时提高能源效率。研究多层高分子复合材料封装和加强太阳能电池将继续发展与理想材料属性,允许优化配方以及提高成品光伏模块的整个生产过程。创新的测试和分析技术或方法将继续扮演着更重要的角色,使太阳能激动人心的愿景成为一个更大的全球能源的可持续性。

关于作者:

尼古拉斯·兰开斯特是一个应用程序的科学家在PerkinElmer公司研发团队的专业材料表征利用红外光谱、紫外可见光谱、热分析、色谱和质谱分析。