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Kristallines Silizium hat sich auch als ziemlich effektiv erwiesen – es gibt Siliziummodule auf dem Gebiet, die über 40 Jahre alt sind Jahre alt, produzieren aber immer noch 80 % ihrer ursprünglichen Leistung.Nicht schlecht nach vier Jahrzehnten auf dem Thron.Es gibt jedoch Anzeichen dafür, dass die Macht des Siliziums allmählich nachlässt.Ein PV-Modul besteht aus einem mehrschichtigen Verbund aus verschiedenen fortschrittlichen Materialien.Jedes Material erfordert möglicherweise eine bestimmte Reihe von Analysetechniken, um die Materialeigenschaften für eine optimale Solarstromerzeugung und Langlebigkeit von PV-Modulen zu charakterisieren.Polymermaterialien, die als Zellverkapselung, zur Schichthaftung und als Backsheets verwendet werden, untermauern die Haltbarkeit und den langfristigen Einsatz von Zellen.Diese können mit einer Reihe von Analysetechniken charakterisiert werden;von der thermischen Analyse bis zur Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR) und Lösungen mit Bindestrich.Es wurde festgestellt, dass die Wechselwirkung der verschiedenen Materialien innerhalb des Verbund-PV-Moduls eine Hauptursache für die Modulverschlechterung ist.Daher ist ein kombinierter instrumenteller Ansatz mit einer Vielzahl von Analysetechniken zur Charakterisierung der chemischen und physikalischen Wechselwirkungen an der Grenzfläche dieser Materialien entscheidend für die Vorhersage ihrer Langzeitstabilität.Zu einem etablierten Teil der PV-Module auf dem Markt gehören bereits CdTe (Cadmium-Tellurid) und CIGS (Kupfer-Indium-Gallium-Selenid).Obwohl diese Dünnschichttechnologien auf dem Markt Fuß fassen, werden sie kristallines Silizium als dominierendes Material für Standard-PV-Module wahrscheinlich nicht ersetzen.Aufkommende Technologien wie organische Photovoltaik (OPV) und Metallhalogenid-Perowskit (MHP)-Solarzellen gewinnen weiterhin an Bedeutung als potenzielle Alternativen.Da es sich um relativ neue Ergänzungen der Solarenergielandschaft handelt, sind die Alterungsdaten für OPV- und MHP-Solarzellen im Freien spärlich.Daher sind technologische Fortschritte stark von Labortests abhängig, um die Abbaumechanismen der neueren Zellmaterialien zu verstehen.Bisher haben sich OPV-Zellen als relativ ineffizient erwiesen und können ernsthafte Stabilitätsprobleme verursachen.Diese Zelltypen wurden aufgrund ihrer einfachen Herstellungsmethodik, geringen Toxizität, niedrigen Kosten und einfachen Herstellung intensiv erforscht.MHP-Zellen hingegen erweisen sich als problematisch, da sie weniger häufig vorkommen und nicht so stabil sind wie Silizium.Die Effizienz und Vielseitigkeit von MHP-Zellen hat sich jedoch als äußerst vielversprechend erwiesen.Darüber hinaus können MHP-Zellen in Kombination mit anderen bestehenden Technologien verwendet werden, wodurch der Gesamtwirkungsgrad weiter gesteigert wird.Silizium-Perowskit-Tandemsolarzellen verwenden beispielsweise eine Silizium-Basiszelle mit einer sekundären Perowskit-Zelle darauf.Die Sekundärzelle hat eine andere Bandlücke, wodurch die Zelle die einfallende Sonnenstrahlung besser ausnutzen kann.Die größte Herausforderung besteht darin, langfristige Stabilität zu schaffen.Daher muss noch viel getan werden, bevor diese neuen Technologien das Silizium entthronen können.Wie bereits erwähnt, stehen uns eine Vielzahl von Techniken zur Verfügung, um die Materialstabilität zu verstehen.Um die meisten Daten aus unseren Proben herauszuholen, sind getrennte Techniken wünschenswert, die eine einzelne Probe mit mehreren Instrumenten analysieren.Die thermogravimetrische Analyse (TGA) kann mit FTIR und sogar Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) kombiniert werden, um eine getrennte Lösung bereitzustellen.Konfigurationen von Lösungen mit Bindestrich umfassen TGA-FTIR, TGA-GC-MS oder sogar TGA-FTIR-GC-MS und werden verwendet, um ultimative Flexibilität beim Testen zu bieten, sodass verschiedene Arten von Materialcharakterisierungsdaten aus einer einzigen Probe erhalten werden können.Der Fortschritt von OPV beruht auf der Entwicklung von halbleitenden Polymermaterialien.Differentialscanningkalorimetrie (DSC) zusammen mit TGA sind unverzichtbare thermische Charakterisierungstechniken für die Polymerforschung.Bei neuer und bestehender Solarzellentechnologie sind thermische Stabilität und Verschlechterung ein großes Problem.Mit DSC und TGA können die Degradationsmechanismen der Komponenten dieser PV-Module untersucht werden.Durch die Herstellung größerer Solarzellen-Wafer und deren Halbierung oder Viertelung kann die gesamte aktive Oberfläche vergrößert werden, was zu höheren Leistungen und einer Verringerung des Serienwiderstands führt.Diese Änderung bedeutet, dass die Wafergrößen in den nächsten zehn Jahren voraussichtlich exponentiell zunehmen werden.Wie bei aktuellen Solarmaterialien bleiben die Reinheit und optische Klarheit von Solarzellen von entscheidender Bedeutung.Die induktiv gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie (ICP-MS) wird für die Analyse der Elementreinheit verwendet, z. B. zum Testen der Reinheit von Silizium, während die Ultraviolett-Vis-Nahinfrarot-Spektroskopie (UV-Vis-NIR) zur Analyse verwendet wird die reflektierenden und absorbierenden Eigenschaften von Glas, Glasbeschichtungen und Vergussmassen.Die UV-Vis-NIR-Spektroskopie kann auch verwendet werden, um Änderungen der idealen optischen Eigenschaften in gealterten und degradierten Proben nachzuweisen.Der Markt erlebt auch eine seismische Verschiebung bei den Zelltechnologien, die die Produktion von PV-Modulen verändern wird.Passivierte Emitter- und Rear-Cell/Contact-Technologien (PERC) dominieren, da die Standardzellen auslaufen.PERC zielt darauf ab, eine höhere Energieumwandlungseffizienz zu erreichen, indem eine dielektrische Passivierungsschicht auf der Rückseite der Zelle hinzugefügt wird.Die Heterojunction-Technologie (HJT) ist eine weitere Methode, die ebenfalls auf dem Vormarsch ist.HJT kombiniert die bestehende Wafer-basierte PV-Technologie mit der Dünnschichttechnologie und ist damit hocheffizient.Es wird vorhergesagt, dass PERC und HJT in Zukunft zu dominierenden Zelltechnologien werden und dass Halbwaferzellen mehr Marktanteile gewinnen werden.Neben Fortschritten in der Zelltechnologie schreitet die Verschaltung von Zellen voran.Es liegt ein starker Fokus auf der Verwendung mehrerer dünner Drähte zum Drahtbonden der Zelle.Diese dünnen Drähte belasten die Zellen weniger, verringern das Bruchrisiko und schaffen eine größere aktive Fläche.Die Zellverbindung durch Schindeln ist ein weiterer bedeutender Fortschritt.Dieses einfache Prinzip basiert auf dem, was Sie auf den meisten Ziegeldächern sehen.Die Hersteller überlappen die Solarzellen, wodurch keine Drähte oder Bänder für die Konnektivität benötigt werden.Eine aufstrebende Technologie sind auch strukturierte Folien, bei denen sich alle Kontakte, die Anode und die Kathode, wie bei einer Leiterplatte auf der Rückseite befinden.Wie bei den vorherigen Beispielen ist es wichtig, ein gutes Verständnis dafür zu haben, wie diese neuen Materialien und Technologien miteinander interagieren, um den Abbau mithilfe einer Reihe von Instrumenten zur Materialcharakterisierung zu bestimmen und vorherzusagen.Zukünftige Marktwachstumszahlen für Solarenergie sind zweifellos beeindruckend.Der PV-Strommarkt wird voraussichtlich von 76,6 Mrd. USD (USD) im Jahr 2020 auf 113,1 Mrd. USD im Jahr 2025 wachsen, bei einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 8,1 %.Mit den USA, Europa, Japan und einer Vielzahl anderer Länder, die sich China auf dem Markt anschließen, beteiligen sich auch weitere Länder an der Aktion.Dank der Effizienz von PVs ist die Energieerzeugung kein wirkliches Problem, aber der eigentliche Engpass ist die Speicherung.Wie/wo können wir die wachsenden Mengen an sauberer Sonnenenergie speichern und wie können wir den Überschuss effizient übertragen?Die Antwort liegt in der Batterieforschung und Energiespeicherung.Batterien aller Art treten in spannende Entwicklungsphasen ein.Für die Solarzellen selbst – auf der Energieerzeugungsebene suchen Forscher zunehmend nach alternativen Nicht-Silizium-Materialien, um PV-Module billiger, kleiner und leichter zu machen und gleichzeitig die Haltbarkeit und Langlebigkeit zu erhalten und gleichzeitig die Energieeffizienz zu verbessern.Die Untersuchung von mehrschichtigen Polymerverbundwerkstoffen, die Solarzellen einkapseln und verstärken, wird weiterhin Materialien mit idealen Eigenschaften entwickeln, die eine Optimierung der Formulierung ermöglichen sowie den gesamten Produktionsprozess fertiger PV-Module verbessern.Innovative Test- und Analysetechnologien oder -ansätze werden weiterhin eine große Rolle dabei spielen, spannende Visionen für die Solarenergie zu einem noch größeren Teil der globalen Energienachhaltigkeit zu machen.Nicholas Lancaster ist Anwendungswissenschaftler im F&E-Team von PerkinElmer Inc. mit Spezialisierung auf Materialcharakterisierung unter Nutzung von FTIR-Spektroskopie, UV-Vis-Spektroskopie, thermischer Analyse, Chromatographie und Massenspektrometrie.Füllen Sie das folgende Formular aus, um den Zugriff auf diesen Audioartikel freizuschalten: „Looking on the Bright Side – Advances in Solar Materials Testing and Analysis“