鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池穩(wěn)定性測試

近幾年來，鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池憑借其寬光譜吸收、易突破Shockley-Queisser效率極限的優(yōu)勢而成為研究熱點(diǎn)。但鈣鈦礦材料的長期穩(wěn)定性仍然是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。鈣鈦礦材料對環(huán)境條件（如濕度、氧氣和光照）非常敏感，容易發(fā)生降解。這會導(dǎo)致電池效率的快速下降，影響其實(shí)際應(yīng)用。針對這一測試需求，「美能高溫高濕環(huán)境試驗(yàn)箱」可模擬高溫、高濕，長期濕氣滲透環(huán)境，搭配「美能潛在電勢誘導(dǎo)衰減測試儀」，評估電池、組件發(fā)生PID衰減后的電性能是否符合標(biāo)準(zhǔn)，幫助用戶在提升電池、組件效率提供了有力支持。

鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池發(fā)展形勢

近幾年來，鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池商業(yè)化制造進(jìn)程取得了前所未有的發(fā)展，其重要優(yōu)勢之一，就是可以跟高度成熟的商業(yè)化晶硅電池生產(chǎn)線進(jìn)行集成制造。疊層電池由多個(gè)帶隙不同的子電池堆疊而成，寬帶隙頂電池與窄帶隙底電池分別吸收短波長與長波長的太陽光，能有效擴(kuò)寬太陽能光譜利用范圍，提高太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率。

表.最新鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池2T、4T串聯(lián)結(jié)構(gòu)效率記錄

*以上數(shù)據(jù)部分來源于NREL和馬丁格林太陽能電池效率表(第64版)

盡管2T、4T串聯(lián)結(jié)構(gòu)顯示了超高的能量轉(zhuǎn)換效率，但是由于鈣鈦礦（PVK）材料本身固有的化學(xué)性質(zhì)和器件結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其穩(wěn)定性往往不如晶硅電池。

鈣鈦礦(PVK)穩(wěn)定性的外部影響因素

隨著水分、氧氣和光等環(huán)境因素的影響，鈣鈦礦材料的外部不穩(wěn)定性會對鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池產(chǎn)生負(fù)面效率影響。

鈣鈦礦/晶硅疊層電池外部不穩(wěn)定性的主要誘因和鈣鈦礦電池的降解機(jī)制

在實(shí)際的可靠性測試中發(fā)現(xiàn)，鈣鈦礦PVK的晶體結(jié)構(gòu)對溫度、濕度和紫外線都保持高度敏感，這主要是由于不穩(wěn)定的有機(jī)陽離子的存在以及水、光和氧氣等外界因素引起的鈣鈦礦PVK材料的降解。

水分作為一種外在影響因素，一直被認(rèn)為是影響鈣鈦礦穩(wěn)定性的最有害因素。鈣鈦礦的制備通常在惰性氣體保護(hù)的手套箱中進(jìn)行，因?yàn)榭諝庵械?strong>水氧分子可以會加速鈣鈦礦材料的降解。同時(shí)，由于鈣鈦礦材料的離子特性，其可以相對容易地溶解在水等極性溶劑中。所以，鈣鈦礦材料有明顯的濕度不穩(wěn)定性。濕度不穩(wěn)定性可以通過封裝有效解決。然而，在鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池和組件制造過程中也會受到濕度的影響。

由于鈣鈦礦中的有機(jī)物質(zhì)，例如PVK吸收層中的A位陽離子和有機(jī)電荷轉(zhuǎn)移材料（spiro-OMeTAD、PCBM 和 PEDOT:PSS）的降解，PSC的性能在高溫下會下降。因此，PVK 中的缺陷、界面特性和封裝技術(shù)都會影響 PSC 的熱穩(wěn)定性。在實(shí)際戶外應(yīng)用過程中，要求太陽能電池可以在60℃以上的溫度下持續(xù)工作，因此鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池中鈣鈦礦材料的熱穩(wěn)定性對電池的長期穩(wěn)定性至關(guān)重要。

所以，在鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池商業(yè)化進(jìn)場被迅速推動(dòng)發(fā)展的過程中，需要著重關(guān)注產(chǎn)品的穩(wěn)定性測試，以驗(yàn)證是否滿足商業(yè)化應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

并且對于鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池而言，同時(shí)考慮晶硅子電池和鈣鈦礦子電池的不同退化機(jī)制和環(huán)境敏感因素是非常重要的，這就意味著，在實(shí)施可靠性測試的同時(shí)必須謹(jǐn)慎選擇合適的老化策略以充分研判電池的退化情況。

鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池穩(wěn)定性測試

截止今天，關(guān)于單結(jié)鈣鈦礦電池的不穩(wěn)定性測試已經(jīng)有了大量的研究，但對于鈣鈦礦串聯(lián)電池的相關(guān)測試仍舊很少，并且通常只關(guān)注時(shí)間、溫度、濕度等部分外界影響因素，對于更深層次的，如濕熱、紫外光、電勢誘導(dǎo)衰減（PID）和機(jī)械載荷等實(shí)際測試場景的相關(guān)研究仍舊缺少關(guān)注。以晶硅太陽能電池的光伏器件可靠性測試標(biāo)準(zhǔn)（IEC61215標(biāo)準(zhǔn)和IEC61730標(biāo)準(zhǔn)）為例，分別從組件應(yīng)用安全和使用壽命的角度出發(fā)，列出了測試手段以及測試組合序列，是所有可靠性測試中最為重要的兩類標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)合兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)以及上述鈣鈦礦（PVK）穩(wěn)定性的外部影響因素，可以預(yù)計(jì)，在針對鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池穩(wěn)定性測試中，濕-熱試驗(yàn)和紫外耐久試驗(yàn)是必不可少的測試環(huán)節(jié)。

在這兩項(xiàng)測試中，電池的電極將會產(chǎn)生電勢誘導(dǎo)衰減效應(yīng)（Potential Induced Degradation，PID），并且由于疊層電池的串聯(lián)特性，器件的開路電壓通常接近鈣鈦礦電池和晶硅電池的開路電壓之和，這會導(dǎo)致更加嚴(yán)重的PID效應(yīng)。所以了解疊層電池的PID作用機(jī)制和衰減效應(yīng)也是重點(diǎn)研究方向。

美能高溫高濕環(huán)境試驗(yàn)箱

光伏組件應(yīng)用過程中會經(jīng)受各種嚴(yán)酷天氣的考驗(yàn)。其中組件承受高溫、高濕，長期濕氣滲透的能力等各項(xiàng)性能需要評估。為模擬高溫高濕環(huán)境試驗(yàn)，驗(yàn)證評估組件或材料的可靠性，「美能高溫高濕環(huán)境試驗(yàn)箱」ME-PV-DH9500由此誕生。

• 在(85±2)℃和(85±5)%RH的狀態(tài)下持續(xù)運(yùn)行1000個(gè)小時(shí)的超高的運(yùn)行穩(wěn)定性

• 內(nèi)置循環(huán)風(fēng)道以及長軸通風(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

• 可依據(jù)工程人員的計(jì)劃進(jìn)行高低溫交互試驗(yàn)

可搭配潛在電勢誘導(dǎo)衰減測試儀，可更直觀觀測組件的性能

美能潛在電勢誘導(dǎo)衰減測試儀

聯(lián)系電話：400 008 6690

「美能潛在電勢誘導(dǎo)衰減測試儀」可與環(huán)境箱通訊，通過模擬實(shí)驗(yàn)電池片、組件長期在惡劣環(huán)境（高溫、高濕、高鹽堿）下發(fā)生PID衰減后來評估組件的電性能是否能符合要求。

• 采用研華優(yōu)質(zhì)的工控機(jī)，保證設(shè)備長期穩(wěn)定工作

• 高精度正反向切換直流電源

實(shí)時(shí)監(jiān)控電壓，泄漏電流，絕緣電阻曲線

對于鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池而言，鈣鈦礦材料的穩(wěn)定性是限制其工作壽命的重要因素，也是阻礙商業(yè)化進(jìn)程的影響因素。為完善和細(xì)化穩(wěn)定性測量標(biāo)準(zhǔn)和流程，需要行業(yè)共同努力研究的目標(biāo)，為提升太陽能電池效率指明方向。

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