基于ISOS測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，兩種封裝方式對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池性能影響分析

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）極具潛力，但濕度和氧氣會(huì)導(dǎo)致其性能快速下降，因此封裝技術(shù)對(duì)提高其穩(wěn)定性至關(guān)重要。文章研究了兩種常見(jiàn)的封裝策略：基于層壓的玻璃-玻璃封裝（COM）和基于膠水的封裝（LAB），兩種封裝材料在ISOS-D1、D3、O3三種不同條件下進(jìn)行測(cè)試，COM封裝對(duì)于實(shí)現(xiàn)PSCs長(zhǎng)期戶外穩(wěn)定性的重要性，而LAB封裝則更適合短期應(yīng)用。

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池堆疊和兩種封裝方法

PSC的結(jié)構(gòu)示意圖和封裝樣品的實(shí)物照片

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的層狀結(jié)構(gòu)：從基底到頂層依次為：ITO（導(dǎo)電玻璃）、2PACz（自組裝單層）、鈣鈦礦吸收層、C60（電子傳輸層）、SnO2（原子層沉積的空穴傳輸層）、Cu（金屬電極）

LAB封裝的橫截面視圖：鈣鈦礦太陽(yáng)能電池頂部覆蓋了一層薄薄的玻璃蓋片，使用紫外線固化丙烯酸膠粘劑（UV膠）固定。從背面接觸側(cè)拍攝的LAB封裝樣本的照片，顯示了膠粘劑和覆蓋玻璃的存在。

COM封裝的橫截面視圖：鈣鈦礦太陽(yáng)能電池被夾在兩層玻璃之間，使用聚烯烴（POE）薄膜作為封裝材料，并且邊緣使用了丁基橡膠邊緣密封劑。從背面接觸側(cè)拍攝的COM封裝樣本的照片，展示了層壓結(jié)構(gòu)和邊緣密封劑。暗態(tài)存儲(chǔ)穩(wěn)定性測(cè)試（ISOS-D1）和濕熱穩(wěn)定性測(cè)試（ISOS-D3）

ISOS-D1：在21°C和30%相對(duì)濕度（RH）的條件下進(jìn)行暗態(tài)存儲(chǔ)測(cè)試。ISOS-D3：在85°C和85%RH的條件下進(jìn)行濕熱（DH）測(cè)試，符合IEC 61215標(biāo)準(zhǔn)。

不同存儲(chǔ)條件下，兩種封裝性能參數(shù)的變化

功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）：LAB封裝的鈣鈦礦電池在ISOS-D1條件下能保持超過(guò)93%的初始效率，而在ISOS-D3條件下迅速下降至零。COM封裝的鈣鈦礦電池在ISOS-D3條件下通過(guò)了測(cè)試，效率在1566小時(shí)后平均保留了超過(guò)95%的初始效率。

短路電流密度（Jsc）：LAB封裝的鈣鈦礦電池在濕熱條件下Jsc迅速下降，表明鈣鈦礦層的分解。COM封裝的鈣鈦礦電池在濕熱條件下Jsc保持相對(duì)穩(wěn)定。

開(kāi)路電壓（Voc）：LAB封裝的鈣鈦礦電池在濕熱條件下Voc迅速下降，而COM封裝的鈣鈦礦電池在濕熱條件下Voc保持相對(duì)穩(wěn)定。

填充因子（FF）：LAB封裝的鈣鈦礦電池在濕熱條件下FF迅速下降，而COM封裝的鈣鈦礦電池在濕熱條件下FF保持相對(duì)穩(wěn)定。

LAB封裝的PSCs在濕熱條件下性能迅速下降的趨勢(shì)，而COM封裝的PSCs則顯示出良好的穩(wěn)定性和耐久性。封裝電池在不同環(huán)境中的穩(wěn)定性表現(xiàn)

LAB封裝的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在不同老化條件下的外觀變化

貨架老化后的變化：

經(jīng)過(guò)160小時(shí)后，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的顏色從深棕色變?yōu)辄S色。這種顏色變化可能是由于鈣鈦礦材料的分解。電池的效率在貨架老化條件下下降，但不如濕熱老化條件下迅速。

濕熱老化后的變化：

經(jīng)過(guò)160小時(shí)后，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的后電極變得可見(jiàn)，這是由于鈣鈦礦吸收層的嚴(yán)重降解。電池的顏色變化更為明顯，從深棕色變?yōu)辄S色，這進(jìn)一步表明了鈣鈦礦材料在濕熱條件下的不穩(wěn)定性。LAB和COM封裝戶外穩(wěn)定性測(cè)試

LAB封裝和COM封裝的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的性能變化

LAB封裝的鈣鈦礦電池在戶外測(cè)試初期保持了較好的性能，但隨著時(shí)間的推移，性能迅速下降，特別是其中一個(gè)樣本在戶外測(cè)試的第四個(gè)月出現(xiàn)了性能急劇下降。

COM封裝的鈣鈦礦電池在整個(gè)10個(gè)月的測(cè)試期間保持了較高的性能比率，顯示出優(yōu)異的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

鈣鈦礦電池在不同季節(jié)的性能變化，尤其是在秋冬季節(jié)，由于柏林地區(qū)陽(yáng)光較少但降水和濕度較高，對(duì)封裝的性能提出了更大的挑戰(zhàn)。直觀地比較了LAB和COM封裝方法在戶外條件下的性能差異，強(qiáng)調(diào)了COM封裝在長(zhǎng)期戶外穩(wěn)定性方面的優(yōu)勢(shì)。LAB、COM封裝的特性總結(jié)

ISOS-D1（貨架穩(wěn)定性）：兩種封裝都顯示出良好的貨架穩(wěn)定性，超過(guò)1500小時(shí)沒(méi)有損失。

ISOS-O3（戶外穩(wěn)定性）：LAB封裝的戶外穩(wěn)定性不一致，從幾天到幾個(gè)月不等，而COM封裝顯示出良好的戶外穩(wěn)定性，超過(guò)6個(gè)月沒(méi)有損失。

ISOS-D3（濕熱穩(wěn)定性）：LAB封裝未能通過(guò)濕熱測(cè)試，PCE在24小時(shí)后減半，而COM封裝通過(guò)了濕熱測(cè)試，超過(guò)1500小時(shí)，PCE保持在90%以上。

綜合測(cè)試結(jié)果，在用途方面LAB封裝適合樣品運(yùn)輸和在手套箱外的短期測(cè)試；COM封裝更適合原型驗(yàn)證，即使在戶外環(huán)境中也需要長(zhǎng)期穩(wěn)定性，但需要最小化光學(xué)損失。

通過(guò)對(duì)比LAB和COM兩種封裝方法，結(jié)合ISOS穩(wěn)定性測(cè)試，LAB封裝以其簡(jiǎn)便性和對(duì)空氣或溫度敏感材料的適應(yīng)性，為短期應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)提供了有效的解決方案。而COM封裝則以其卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的戶外應(yīng)用和商業(yè)化鋪平了道路。

ISOS測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為我們提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的框架，用以評(píng)估和比較不同封裝策略的性能。這些測(cè)試結(jié)果不僅證實(shí)了COM封裝在濕熱和戶外條件下的優(yōu)越性，也揭示了LAB封裝在短期穩(wěn)定性方面的潛力。美能溫濕度綜合環(huán)境試驗(yàn)箱

美能溫濕度綜合環(huán)境試驗(yàn)箱采用進(jìn)口溫度控制器，能夠?qū)崿F(xiàn)多段溫度編程，具有高精確度和良好的可靠性，滿足不同氣候條件下的測(cè)試需求。

• 溫度范圍：-50~150℃

• 濕度范圍：20%-98%RH

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

通過(guò)在美能綜合環(huán)境試驗(yàn)箱中進(jìn)行ISOS-D1、ISOS-D3和ISOS-O3測(cè)試，我們能夠評(píng)估不同封裝策略在控制濕度和溫度條件下的性能，從而確保了測(cè)試結(jié)果的可靠性和重復(fù)性。這些測(cè)試不僅驗(yàn)證了COM封裝在濕熱和戶外條件下的卓越穩(wěn)定性，也展示了LAB封裝在短期應(yīng)用中的潛力。

原文出處：Encapsulation and Outdoor Testing of Perovskite Solar Cells: Comparing Industrially Relevant Process with a Simplified Lab Procedure

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