与其他任何一代技术相比，太阳能光伏(PV)市场的快速增长导致2017年安装了更多的新光伏产能。在不久的将来，这项技术是什么构成的，我们在创新方面可以期待什么?
根据弗劳恩霍夫太阳能系统研究所最近的一份报告，全球已安装了415GW的太阳能光伏(PV)系统，仅2017年就安装了约100GW。预计从2018年到2022年每年安装80到150GW。
本质上，太阳能PV电池将来自太阳的光子转换成可以被利用并转换成交流电(AC)的电子，以在传统的电路和系统中工作。太阳能光伏电池利用我们的太阳能聚变反应堆提供燃料，在地球上产生清洁的可再生能源。然而，太阳能PV电池通常很小，对于高效多结太阳能电池，从1mm×1mm到用于标准多晶电池的156mm×156mm。
通过将各个PV电池组合成模块并将模块组合成足够大的系统以满足房屋，企业，社区或区域的电力需求，可以获得实际功率。通过增加暴露在直射阳光下的有效区域，太阳能发电很容易扩展，并且通过提高电池本身的转换效率而不易扩展。此外，实验室实现的转换效率通常是较小的样本量，并且在大规模商业化的过程中降低。
主导市场技术
图1显示了过去40年来各种光伏技术的太阳能电池效率世界纪录。该图还说明了随着时间的推移正在开发的PV电池的种类。1980年的垂直切片显示了正在开发的五种技术，2015年的垂直切片显示了13种技术的跳跃。如今，推动太阳能行业的主要技术包括集成到玻璃电池背板模块中的基于硅晶片的PV电池。
多晶和单晶电池已投入生产数十年，占当今全球市场的95%左右。图1还显示了多结太阳能电池的记录效率高达45%。这些电池通常用于空间应用和地面模块，旨在将直射光束集中在小面积高效电池上。
新兴的光伏技术出现在图1的右下角，钙钛矿电池和量子点在过去5到10年间表现出电池效率的快速提升。最后，薄膜技术的悠久历史占据了晶体电池效率和新兴技术之间的空间。在今天的市场中，铜铟镓硒(CIGS)和碲化镉(CdTe)电池已成为这一领域的主导。
细胞和模块创新
薄膜制造主要由CIGS和CdTe电池技术主导。在过去五年中，可以看到两种技术的效率稳步提升。CIS太阳能电池板的领先制造商Solar Frontier于2017年12月宣布，在小面积电池上的转换效率达到创纪录的22.9%。First Solar Series 6是最大的CdTe薄膜模块制造商，它推出了比前几代产品大3倍的面板，以降低大型商业和公用事业规模项目的安装成本。
Bifacial模块现在由几家制造商提供; 这些设计用于捕获模块两侧的光线。由于电池制造过程，太阳能电池从正面和背面看起来基本相同 – 透明的背板或玻璃基板进一步允许阳光从背面到达。双面模块正在开发新的测试标准，但能量产量仍将在很大程度上取决于模块的安装配置和位置。随着时间的推移，双面模块的额外能量产量将不得不超过这些模块在市场上真正占据的前期成本。
许多制造商提供钝化发射器和后部电池(PERC)，根据新南威尔士大学的Martin Green，预计它们将在2020年占据市场主导地位。PERC电池需要额外的工艺步骤，旨在减少背面的复合损失并增加光吸收，从而与标准电池相比提供更高的效率。然而，当最初暴露于阳光下时，PERC细胞可能倾向于更高的光诱导降解(LID)，并且天然再生可能需要数周或数月。
太阳能电池互连趋向于更多数量的电线，而目前的3线互连可能在不久的将来变得过时。LG Neon 2提供了一个12线互连模块，其他公司正在试验金属丝网互连。增加的互连数量有望通过减少每根导线中的电流来提高模块效率，从而降低电阻损耗并保持较低的工作温度。多线连接还可最大限度地降低电池裂缝带来的风险。
分裂式电池模块制造商正在增加，包括Trinasolar和REC。这些模块通过减少由于子串布局和旁路二极管放置引起的电流相关电阻损耗和更高的阴影容限来提高效率。在传统模块中使用旁路二极管可以减轻阴影影响，但较新的设计可以根据设计和安装配置减少受阴影影响的有效区域。与Sunpower P系列相比，分离式电池模块由半切割单元或更小的切片制成。P系列模块具有叠层互连的附加功能，消除了传统基于晶片的模块上的单元之间的空白区域，从而增加了有源区域。
多结太阳能电池继续显示出任何单结或串联结电池的最高效率，但市场份额仍然很小。多结电池的设计使每层都经过优化，可以从自然阳光中转换出一定范围的光谱。然后通过使用镜子或聚焦透镜将光聚集到这些小面积的细胞上。在过去的10年中，在集中器太阳能模块的封装和跟踪方面取得了一些创新，但由于平板太阳能模块的成本急剧下降，使用CPV的成本效益已经降低。
模块空间中的这些创新列表当然不是详尽无遗的，但它确实涵盖了模块设计中的许多可观察到的变化。制造商定期做出更微妙的变化，通过增加新的元件供应商和优化工艺步骤来降低成本并提高竞争力。许多小型“创新”可以带来理想的成本降低和卓越的性能，但在某些情况下，它们也会带来更高的可靠性风险。描述单个模块组成的特定物料清单(BOM)和生产线通常是消费者所不知道的，并且BOM可以在具有相同确切型号的模块之间变化。
制造过程中的质量控制也可能影响模块的可靠性。出于这些原因，南非电力行业将受益于区域太阳能光伏研究和测试设施，以便为运往当地市场的模块和物料清单提供加速压力测试服务。
