Shangrou kvalitetsvurdering | Fra laboratorium til bruk: Detaljert forklaring av Perovskite fotovoltaisk ISOS stabilitetstestingssystem (del 1)

Forord

Sammenlignet med dagens ordinære fotovoltaiske teknologi (krystallinsk silisium), selv om perovskittceller har fordelene med høy teoretisk effektivitet, lavlyskraftproduksjon og lavere produksjonskostnader, har deres pålitelighet blitt kritisert. , den langsiktige stabiliteten er ikke like god som for solcellemoduler i krystallinsk silisium. Denne defekten har blitt en av de største hindringene som begrenser bruken av perovskittceller i solcellefeltet.

Imidlertid har pålitelighetstestingen av perovskite-moduler ennå ikke nådd en enhetlig standard. Det er mangel på konsistens i eksperimentelt utstyr, testprosedyrer og eksperimentelle parametere blant alle parter. I tillegg er det vesentlige forskjeller i feilmodusene til perovskittceller og krystallinske silisiumceller. De eksisterende testprosedyrene for fotovoltaiske moduler for krystallinsk silisium (IEC 61215, IEC 61730, etc.) er ikke fullt anvendelig for perovskittceller.

Derfor, Etablering av en vitenskapelig, rimelig, operasjonell og teststandard og evalueringssystem for langsiktig stabilitet av perovskite solcellemoduler , har blitt et kjernetema for å fremme industriell anvendelse av denne teknologien.

I løpet av de siste årene, gjennom samarbeidsinnsats fra forskningsinstitusjoner og næringslivet, har det blitt gjort en rekke fremskritt i stabilitetskarakterisering og testmetoder for perovskitt fotovoltaiske enheter. Selv om de relevante resultatene ennå ikke er innlemmet i det internasjonale standardsystemet, har de gitt viktig grunnlag og metodestøtte for holdbarhet og levetidsvurdering av perovskittenheter.

Konsensus stabilitetstestingsprotokoller for organiske fotovoltaiske materialer og enheter

I artikkelen «Consensus stability testing protocols for organic photovoltaic materials and devices» publisert i 2011, analyserte alle berørte parter organiske fotovoltaiske/perovskitt-fotovoltaiske materialer og enheter basert på retningslinjene som ble diskutert under de tre foregående ISOS-møtene. Designet noen vanlige testmetoder .

Det spesifikke innholdet er som følger: I henhold til ulike spenningsforhold er det etablert 5 hovedtestkategorier, nemlig: Mørkemiljøtest (ISOS-D), utendørstest (ISOS-O), laboratoriealdringstest (ISOS-L), termisk syklustest (ISOS-TC), solvarme- og fuktighetssyklustest (ISOS-LT)

Hver testkategori er delt inn i 3 nivåer basert på utstyrsforhold og stressintensitet (se figur 1 for detaljer). Etableringen av disse testprosedyrene vil hjelpe eksperimentelle å forstå stabiliteten og nedbrytningsmekanismen til organiske fotovoltaiske materialer og sammenligne data mellom laboratorier. Nedenfor er en kort introduksjon til hver testprosedyre.

Figur 1. Sammendrag av testing av organiske fotovoltaiske materialer og enheter

Hensikten med mørkemiljøtesten er å studere lagringstiden til batteriet. Batteriet lagres under lysfrie forhold for å studere dets langsiktige pålitelighet. Etter hvert som nivået på testprogrammet øker, vil ytterligere to spenningsforhold, temperatur og fuktighet, legges til.

Den strengeste ISOS-D-3 , lik den vanlige dobbel-85-testen av krystallinske silisiumkomponenter. Forskjellen er at MQT 13 krever at komponentene kortsluttes under testen, eller at det påføres strøm i henhold til spesifikke tekniske krav, mens i ISOS-protokollen må komponentene plasseres åpen.

Artikkelen nevnte også at hvis du ønsker å utføre testing av mørke omgivelser ved lave temperaturer (brukes til å simulere scenen der snø dekker overflaten av komponenten om vinteren), kan eksperimentelle prosedyrer settes opp i samsvar med ISOS-D-2 , men temperaturen må endres til -18℃. Hvis du ønsker å undersøke en mørk tilstandstest på høyere nivå med lav temperatur, anbefales det å bruke den termiske syklusen ISOS-T-3 eller frysesyklustesten for solvarmefuktighet.

Utendørsdemonstrasjon er den enkleste og mest direkte metoden for å undersøke modulens ytelse, som intuitivt kan reflektere problemene med solcellemoduler i praktiske applikasjoner.

Men på grunn av svingninger i klimatiske forhold, står utendørstesting overfor mange usikkerhetsmomenter, inkludert men ikke begrenset til: ikke-lineære forhold mellom temperaturkoeffisienter, skydekke, ytelse og irradians; sesongmessige endringer i vindvolum og energidose mottatt av komponenter; forskjeller i klima, breddegrad og høyde i ulike regioner.

Derfor må alle faktorer tas i betraktning når du gjør utendørs sammenligninger. Testinnstillingene for hvert nivå i ISOS-O er nesten de samme , den eneste forskjellen ligger i den vanlige målingen av JV-kurven. ISOS-O-1 utføres under belysning av en solsimulator, ISOS-O-2 samles regelmessig under direkte sollys utendørs, og ISOS-O-3 krever in-situ mpp-sporing under direkte utendørsforhold.

Laboratoriealdringstesten her utforsker hovedsakelig fotoaldringstesting. Selv om testing av utendørs lys nøyaktig kan reflektere den faktiske bruken av komponenter, er det problemer som ustabile testforhold og lav aldringshastighet. Laboratoriealdringstesting krever mer stabile testbetingelser for systematisk analyse av sammenhengen mellom stress og nedbrytningshastighet og forskning på akselerert aldring.

Langtidsstabiliteten til organiske fotovoltaiske/perovskitt-fotovoltaiske celler er i stor grad knyttet til lyskildens spektralfordeling. Den kunstige lyskilden som brukes i laboratorietester bør matche den faktiske lyskilden så mye som mulig.

ISOS-L-1 , du kan velge lyskilden selv uten å matche den med mållyskilden, men du må rapportere spektralfordelingen til lyskilden som brukes. ISOS-L-2 og ISOS-L-3 Testen er mer partisk mot utendørs bruksscenarier, så lyskilden må ha tilstrekkelig samsvar med solspekteret. Samtidig stilles tilsvarende temperatur- og fuktighetskrav i henhold til programnivået.

Den vekslende syklusstresstesten for varme og kalde temperaturer brukes ikke bare til å evaluere ytelsen til komponenter under skiftende forhold for innstråling, temperatur og fuktighet, men er også et viktig middel for å studere temperatursyklusens utmattelsesegenskaper til materialer og analysere feilmekanismen til hvert funksjonslag i et perovskittbatteri.

Termiske sykluseksperimenter i ISOS er generelt lik MQT 11 i IEC 61215, der ISOS-T-1 og ISOS-T-2 For å realisere temperatursyklusen til komponentene ved å justere varmeplaten eller ovnen, er temperaturområdet fra romtemperatur til 65 ℃/85 ℃, og omgivelsesfuktigheten er ikke kontrollert.

ISOS-T-3 ligner mest på MQT 11 , komponentene må også sykles mellom -40°C og 85°C, men det er forskjeller i noen detaljer:

1. ISOS-T-3 krever fuktighetsovervåking og kontroll (kontrollert ved 55 % RF)

2. I ISOS er det ikke nødvendig å legge til elektriske forspenningsforhold til komponenter. I alle kvaliteter plasseres komponenter i åpne kretsløp (MQT 11 krever at periodisk sirkulasjonsstrøm føres gjennom komponentene).

Figur 2. Sammenligning av termiske syklusforskjeller mellom IEC 61215 og ISOS-T-3

ISOS-LT-eksperimentet har som mål å simulere mer realistiske bruksforhold gjennom laboratorieforhold, slik at komponenter kan gjennomgå omfattende aldring av lys, temperatur og fuktighet. I henhold til mengden og alvorlighetsgraden av stress er den delt inn i tre typer tester, nemlig ISOS-LT-1 (Solar Thermal Cycle), ISOS-LT-2 (Solar Thermal Moisture Cycle), ISOS-LT-3 (Solar Thermal Moisture Freezing Cycle) .

Artikkelen nevnte nødvendigheten av å øke lett stress:

1. Den termiske strålingen gitt av det innfallende lyset som bestråler overflaten av komponenten vil danne en temperaturgradient i varmeoverføringsbanen fra den opplyste overflaten til baksiden av prøven, og dermed gi temperaturspenningsforhold som er helt forskjellige fra jevn konveksjonsoppvarming i miljøboksen.

2. Strømmen generert av lys vil uunngåelig øke den elektrisk induserte spenningen på komponentene. Denne spenningen vil fremme komponentsvikt, slik som korrosjon av metalldeler.

Figur 3. Skjematisk diagram av syklustesten for solvarme-fuktighet-frysing anbefalt av artikkelen

Ytelsesevaluering under dårlige lysforhold er et viktig skritt i den faktiske bruken av solcelleanlegg. Selv om artikkelen ikke inkluderte testing med lite lys i testprosedyren, ga den også noen konstruktive forslag.

En viktig fordel med organisk solcelle/perovskitt solcelle er at de fortsatt kan fungere godt i dårlige lys eller innendørs forhold .

Lyskildene som brukes innendørs er hovedsakelig kunstige lyskilder, som lysrør, glødelamper og LED-lamper, som er fundamentalt forskjellige fra sollys når det gjelder spektralfordeling (se figur 4) og innstråling. Belysningsintensiteten til kunstige lyskilder måles vanligvis i lx. Den typiske verdien av krav til kontorbelysning er mellom 200 og 1000lx, som er omtrent 1/100-1/500 av AM1.5G-spekteret 1000W/m2 belysning.

Derfor er det nødvendig å strengt skille mellom type lyskilde, spektrale egenskaper og bestrålingsintensitet under ytelsestesting med lite lys, og etablere testforhold i samsvar med faktiske bruksscenarier.

Figur 4. Sammenligning av fluorescerende lampespekteret med en fargetemperatur på 830 og AM1.5 solspekteret

Artikkelen gir et sett med JV-testprosedyrer for enheter som bruker anbefalte fluorescerende lamper (830 fargetemperatur) som lyskilde. Se figur 5 for detaljer.

Gjeldende standarder for lavlystesting av perovskittceller inkluderer IEC TS 62607-7-2:2023. Men enten det er ISOS eller IEC62607 , er det foreløpig bare IV-testprosedyren for enheter som er formulert, og det er foreløpig ingen spesifikk testprosedyre for miljøaldringstest av enheter under dårlige lysforhold.

Figur 5. Sammenligning av fluorescerende lampespekteret med en fargetemperatur på 830 og AM1.5 solspekteret

Referanser

[1] Matthew O. Reese, Suren A.Gevorgyan et al. Konsensus stabilitetstestingsprotokoller for organiske fotovoltaiske materialer og enheter. Solenergimaterialer og solceller. Bind 95, utgave 5, mai 2011, side 1253-1267. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2011.01.036

[2] Khenkin, MV, Katz, EA, Abate, A. et al. Konsensuserklæring for stabilitetsvurdering og rapportering for perovskitt solceller basert på ISOS-prosedyrer. Naturenergi. bind 5. side 35–49 (2020), 35–49 (2020). https://doi.org/10.1038/s41560-019-0529-5

[3] Luigi Angelo Castriotta, Md Aslam Uddin et al. Overgang av Perovskite Solar Technologies til å være fleksibel. Forhåndsmateriell. Bind 37, utgave 8, 25. februar 2025

https://doi.org/10.1002/adma.202408036

Fortsetter...

Opphavsrettserklæring Opphavsretten til denne artikkelen tilhører Shangrou New Energy

Velkommen til å videresende til din vennekrets, vennligst kontakt oss for opptrykk.