鈣鈦礦太陽能電池的濕熱穩(wěn)定性與效率優(yōu)化

鈣鈦礦太陽能電池因其高效率和低成本在光伏行業(yè)廣受關(guān)注，尤其在極端高溫高濕環(huán)境下的穩(wěn)定性是關(guān)鍵挑戰(zhàn)。為此，通過研究創(chuàng)新的二維/三維結(jié)構(gòu)并優(yōu)化界面工程和封裝技術(shù)，提高電池的耐環(huán)境性能。美能濕熱環(huán)境試驗(yàn)箱設(shè)備能在85℃和85%RH條件下連續(xù)運(yùn)行1000小時(shí)以上，通過高溫實(shí)驗(yàn)確保組件穩(wěn)定性。本期美能光伏將對(duì)鈣鈦礦太陽能電池的濕熱穩(wěn)定性進(jìn)行討論。

提升鈣鈦礦太陽能電池在濕熱條件下的穩(wěn)定性的措施

二維鈣鈦礦薄膜的形態(tài)特性

通過結(jié)合二維和三維鈣鈦礦結(jié)構(gòu)來提高電池的濕熱穩(wěn)定性。二維鈣鈦礦層作為表面保護(hù)層，能有效阻隔水分和氧氣，減少這些因素對(duì)三維鈣鈦礦活性層的負(fù)面影響。這種二維層通常是通過在三維鈣鈦礦層上施加一層或多層有機(jī)-無機(jī)雜化材料來實(shí)現(xiàn)的，這些材料具有較大的有機(jī)陽離子，能形成穩(wěn)定的屏障。

鈣鈦礦薄膜的形態(tài)特性，不同的放大倍數(shù)下，鈣鈦礦膜的二維和非二維鈣鈦礦鈍化的俯視圖SEM圖像對(duì)鈣鈦礦材料自身的改性，以提高其在高濕度和高溫環(huán)境下的化學(xué)穩(wěn)定性。這包括選擇穩(wěn)定性更好的鈣鈦礦組成，例如引入具有較高穩(wěn)定性的離子（如銫）來取代部分不穩(wěn)定的有機(jī)組分。此外，通過控制晶體結(jié)構(gòu)中的缺陷密度，優(yōu)化晶體生長(zhǎng)條件，也能顯著提升材料的整體穩(wěn)定性。

濕熱穩(wěn)定性測(cè)試

在 >1000小時(shí)后成功通過濕熱(IEC61215:2016)測(cè)試的電池效率損失于5%

在濕熱穩(wěn)定性測(cè)試中，研究人員將封裝的太陽能電池在恒定的溫度和濕度條件下（85°C/85% RH）放置在環(huán)境測(cè)試箱中超過1000小時(shí)。在設(shè)備冷卻約30分鐘后，使用氮?dú)馓畛涞氖痔紫鋵?duì)封裝的設(shè)備進(jìn)行定期測(cè)量。在后續(xù)測(cè)試中，研究人員在C60上依次沉積了約10納米厚的四氧化錫層和80納米厚的氧化銦鋅層，以取代BCP層。在標(biāo)準(zhǔn)AM1.5照射（100 mW/cm2）和環(huán)境溫度約40°C的條件下進(jìn)行的操作穩(wěn)定性測(cè)試中，電池通過最大功率點(diǎn)追蹤（MPPT）自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓，持續(xù)監(jiān)控電池的功率輸出。詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析表明，盡管長(zhǎng)時(shí)間暴露于極端環(huán)境，電池的性能退化非常有限，效率損失不超過5%。這一結(jié)果不僅證明了采用的材料和工藝在增強(qiáng)鈣鈦礦太陽能電池濕熱穩(wěn)定性方面的有效性，也指出了鈣鈦礦電池在商業(yè)應(yīng)用中應(yīng)對(duì)環(huán)境挑戰(zhàn)的潛力。

鈣鈦礦太陽能電池可以吸收熱量

鈣鈦礦組件結(jié)構(gòu)

根據(jù)研究表明顯示通過用油碘化銨 [(C18H35)NH3]I 溶液處理薄膜并修改制造過程中的熱處理以改變鈣鈦礦晶體的表面結(jié)構(gòu)，提高了鈣鈦礦電池的熱穩(wěn)定性（見圖）。這種處理產(chǎn)生了層狀表面結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致每個(gè)微觀鈣鈦礦顆粒鈍化，鈍化是指消除可能成為電子缺陷的末端結(jié)合物質(zhì)這種轉(zhuǎn)變已被證明可以提高性能和穩(wěn)定性的各個(gè)方面 。層狀鈣鈦礦材料處于材料科學(xué)研究的前沿，包括太陽能電池板，半導(dǎo)體等。從微觀上講，層狀鈣鈦礦由交替的鹵化鉛八面體和自組裝分子組成，這些分子通常太大而無法形成三維鈣鈦礦晶格。這些層可以形成各種晶體結(jié)構(gòu)，具體取決于一層的八面體與相鄰層的八面體的排列方式。

實(shí)驗(yàn)最后經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)證得出24% 效率的鈣鈦礦太陽能電池在濕熱測(cè)試下保持穩(wěn)定且未經(jīng)退火處理的薄膜在鈣鈦礦在過程中具有可重復(fù)性。

美能濕熱環(huán)境試驗(yàn)箱

太陽能組件應(yīng)用過程中會(huì)經(jīng)受各種嚴(yán)酷天氣的考驗(yàn)。其中組件承受高溫、高濕，長(zhǎng)期濕氣滲透的能力等各項(xiàng)性能需要評(píng)估。濕熱環(huán)境模擬試驗(yàn)，為了驗(yàn)證評(píng)估組件或材料的可靠性，并通過熱疲勞誘導(dǎo)失效模式，早期識(shí)別制造缺陷。

滿足標(biāo)準(zhǔn): IEC61215-MQT13；IEC61730-MST53

?在85℃和85%RH的狀態(tài)下持續(xù)運(yùn)行1000個(gè)小時(shí)以上需要超高的穩(wěn)定性，無論在制造工藝上還是電子設(shè)備可靠性上都十分優(yōu)質(zhì)。

?內(nèi)置循環(huán)風(fēng)道以及長(zhǎng)軸通風(fēng)機(jī)，進(jìn)行有效的熱交換，環(huán)境箱內(nèi)部溫度均勻穩(wěn)定

?采用進(jìn)口溫度控制器，實(shí)現(xiàn)多段溫度編程，精度高，可靠性好

?可以在持續(xù)的高溫高濕環(huán)境下運(yùn)行，也可依據(jù)工程人員的計(jì)劃進(jìn)行高溫實(shí)驗(yàn)

?搭配潛在電勢(shì)誘導(dǎo)衰減測(cè)試儀，可更直觀觀測(cè)組件的性能

本文深入探討了鈣鈦礦太陽能電池在極端濕熱條件下的穩(wěn)定性和性能，特別強(qiáng)調(diào)了通過創(chuàng)新的二維/三維結(jié)構(gòu)、界面工程優(yōu)化，以及封裝技術(shù)的改進(jìn)，顯著提升了太陽能電池組件的環(huán)境耐受性。使用美能光伏的濕熱環(huán)境試驗(yàn)箱進(jìn)行的測(cè)試結(jié)果證實(shí)了這些技術(shù)的有效性，顯示了電池在極端條件下的優(yōu)異表現(xiàn)和可靠性。這些研究成果不僅證明了鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)的實(shí)用性，也為其在未來光伏應(yīng)用中的廣泛部署提供了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。美能光伏繼續(xù)致力于推動(dòng)這一領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，為全球能源的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。