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太陽(yáng)能電池商業(yè)應(yīng)用之前，人類對(duì)太陽(yáng)能的利用非常有限,。晾曬麥粒,、衣物等是直接利用太陽(yáng)能。間接利用,，以火力發(fā)電為例,，太陽(yáng)能在百萬(wàn)年前被生物存儲(chǔ),，轉(zhuǎn)化為煤炭，通過(guò)燃燒變?yōu)闊崮?，熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能再轉(zhuǎn)化為電能,，才能被人類廣泛應(yīng)用到生活生產(chǎn)中，期間經(jīng)過(guò)了漫長(zhǎng)的時(shí)間累積和復(fù)雜轉(zhuǎn)化,。

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太陽(yáng)能電池的出現(xiàn),，提供了全新的使用路徑，通過(guò)光電效應(yīng)或光化學(xué)效應(yīng),，一步將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能,。太陽(yáng)能電池主要有 3 大類：晶硅電池、鈣鈦礦電池和薄膜電池,。

01 晶硅電池

晶硅電池是光伏發(fā)電的主力軍,，技術(shù)最成熟。在新疆,、西藏,、內(nèi)蒙古的大型光伏電站，還有農(nóng)村的光伏屋頂和城市里的路燈,，晶硅電池都是?？汀?/p>

用掃描電鏡一看,，晶硅電池的硅片表面就像是精心雕琢的金字塔,，可以觀測(cè)其形態(tài)和尺寸。傾斜 45 度可檢查金字塔尖端,，垂直 90 度觀察硅片斷面,，測(cè)量金字塔高度和各種膜層厚度。

掃描電鏡下單晶硅片的金字塔結(jié)構(gòu)

 45 度的金字塔掃描電鏡圖

斷面 + 減反射膜掃描電鏡圖

電池電極主要由金屬材料制成,，但直接破片會(huì)破壞金屬斷面的形貌,，需要借助離子研磨儀來(lái)幫忙，無(wú)機(jī)械應(yīng)力切開樣品,，使用飛納電鏡能譜一體機(jī)來(lái)清晰觀測(cè)到斷面結(jié)構(gòu),，并進(jìn)行能譜成分分析。

晶硅電池 Ag 電極表面掃描電鏡圖

銀漿與 Si 燒結(jié)的離子研磨斷面掃描電鏡圖

銅電極,，Cu晶粒形態(tài),，兩層金屬間 IMC 相，以及與硅片結(jié)合處的孔缺陷掃描電鏡圖

銅電極斷面掃描電鏡能譜面掃結(jié)果

02鈣鈦礦電池

鈣鈦礦電池雖然處于產(chǎn)業(yè)化的初期階段，但是展現(xiàn)出驚人的潛力,。鈣鈦礦電池帶來(lái)了轉(zhuǎn)化效率的新突破,，商業(yè)化的單晶硅太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)化效率一般在 19% 到 22%，而全鈣鈦礦疊層電池實(shí)現(xiàn)了 29.34% 轉(zhuǎn)化效率,，鈣鈦礦/硅疊層電池則達(dá)到了 34.2%（1 平方厘米）,。

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是利用鈣鈦礦型的有機(jī)金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光材料的太陽(yáng)能電池，屬于第三代太陽(yáng)能電池,，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)可分為 5 層：

鈣鈦礦材料，特別是那些含有有機(jī)成分的鈣鈦礦,，容易受到濕度,、氧氣和溫度的影響。這些環(huán)境因素可能導(dǎo)致鈣鈦礦材料的降解,，從而影響電池的性能和穩(wěn)定性,。為了提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性和壽命，研究人員正在探索多種方法來(lái)保護(hù)鈣鈦礦層,。

在掃描電鏡表征手段上,，飛納電鏡提供 2 種解決方案：

方案一：手套箱版本掃描電鏡

”飛納電鏡是唯一可以放入手套箱的掃描電鏡，在手套箱惰性氣體保護(hù)氛圍下,，直接在手套箱內(nèi)進(jìn)行掃描電鏡表征,。”

方案二：常規(guī)飛納電鏡+真空轉(zhuǎn)移杯

”在手套箱內(nèi)將樣品制備轉(zhuǎn)移到密閉的真空轉(zhuǎn)移杯中,，直接放入飛納電鏡中觀察,。”

掃描電鏡下鈣鈦礦層表面形貌

鈣鈦礦電池?cái)嗝鎾呙桦婄R圖

03薄膜電池

薄膜太陽(yáng)能電池是一種使用薄膜材料作為主要功能層的太陽(yáng)能電池技術(shù),。與傳統(tǒng)的晶硅太陽(yáng)能電池相比,，薄膜太陽(yáng)能電池的厚度要薄得多，通常只有幾微米到幾十微米,，遠(yuǎn)小于晶硅電池的幾百微米,。常見(jiàn)的有碲化鎘（CdTe）電池和銅銦鎵硒（CIGS）電池，它易于大規(guī)模生產(chǎn),，重量輕可彎曲,，適合集成到建筑外墻、可穿戴設(shè)備上,。

CdTe 薄膜電池是一種高效的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換設(shè)備,，它通過(guò)將太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)換為電能，利用碲化鎘材料的光電特性,，實(shí)現(xiàn)高效率的能量捕獲和轉(zhuǎn)換,，適用于太陽(yáng)能發(fā)電領(lǐng)域，特別是在需要輕質(zhì)、柔性太陽(yáng)能解決方案的場(chǎng)合,。

總之,，晶硅電池技術(shù)成熟，廣泛應(yīng)用于光伏電站和城市照明,。鈣鈦礦電池雖處于早期階段,，但轉(zhuǎn)化效率高，具有巨大潛力,，但需解決穩(wěn)定性問(wèn)題,。薄膜電池輕薄靈活，適合集成到建筑和可穿戴設(shè)備中,，三者共同推動(dòng)了太陽(yáng)能利用的高效和多樣化,。