Shangrou kvalitetsbedömning | Från laboratorium till applikation: Detaljerad förklaring av Perovskite fotovoltaiskt ISOS stabilitetstestsystem (del 2)

《Konsensusförklaring för stabilitetsbedömning och rapportering för perovskite solceller baserad på ISOS

procedurer》

När tiden kommer till 2020, baserat på de tidigare ISOS-testmetoderna för organiska fotovoltaiska material och enheter, upprättades ett konsensusuttalande om stabilitetsbedömning och rapportering av perovskite solceller. I den här artikeln behålls de ursprungliga fem testtyperna, och tre nya stresstillståndstester läggs till, nämligen ISOS-V (electrical bias stress), ISOS-LC (ljus- och mörkercykeltest), ISOS-I (intrinsic performance test)。

Figur 1. Nytt ISOS-testprogram

Övervägandena för att tillämpa elektrisk förspänning härrör huvudsakligen från följande punkter:

1. Vanligtvis är komponenten nära tillståndet för maximal strömförsörjning under faktisk drift (är framåtspänd), men efter en plötslig förlust av ljusförhållanden kommer batteriet att vara i ett tillstånd med öppen spänning. För detta ändamål rekommenderar artikeln, Applicera en spänning lika med Vmpp eller Voc som det elektriska förspänningstillståndet framåt；

2. För skuggade solcellsmoduler kan de skuggade cellerna tvingas att arbeta genom att applicera omvänd bias för att matcha resten av modulen. Detta är det omvända elektriska förspänningstillståndet. artikelförslag, En konstant negativ bias kan appliceras , såsom -Voc, används för att simulera situationen för komponenter med bypass-dioder som är skärmade, eller tvinga strömmen att nå -Jmpp används för att simulera situationen för komponenter utan bypass-dioder som är skärmade.

Dessutom, när nivån på testprocedurerna ökar, är det också nödvändigt att ställa in motsvarande temperatur och luftfuktighet.

Figur 2. Parametrar för elektrisk förspänningstestprocedur

Det finns rapporter om att perovskitceller kan genomgå fullständig eller delvis reversibel nedbrytning i en mörk miljö. Olika stressförhållanden för ljus-mörker cykler och steady-state photoaging (ISOS-L) kommer att visa olika nedbrytningslägen.

I den tidigare artikeln om organiska solcellsmaterial och enhetstestning finns det redan tester relaterade till ljus och mörkerväxling. ISOS-LT-2 och ISOS-LT-3, metoden är att slå på belysningen under fuktkontrollsteget (den del som överstiger 40 ℃), och släcka belysningen under det skede då fuktigheten inte kontrolleras. .

Emellertid är den enstaka cykeltiden för denna lösning kort, och temperaturen existerar fortfarande som variabel under det skede då belysningen hålls konstant. Därför är det inte lämpligt för systematisk forskning om inverkan av belysning och dess dynamiska förändringar på enhetens prestanda, och är mer lämplig för klassificering i kategorin termiska cykeltest av hög ordning.

För detta ändamål reviderade artikeln en uppsättning testplaner för ljusa och mörka cykeltest för perovskitebatterier: under en cykelperiod på 2, 8 eller 24 timmar är förhållandet (ljus:mörkt) 1:1 eller 1:2 för testning.

När testnivån ökar kommer ytterligare stressförhållanden att läggas till. ISOS-LC-2 Ett konstant temperaturtillstånd lades till för att utforska effekterna av ljus och värme ，ISOS-LC-3 Konstanta temperatur- och luftfuktighetsförhållanden lades till för att utforska effekterna av ljus, fuktighet och värme.

Figur 3. Parametrar för testprogram för ljus och mörk cykel

Inneboende prestandatestning syftar till att utforska prestandan hos perovskitcellen och själva förpackningsmaterialen. Artikeln delar in de spänningsförhållanden som påverkar komponentprestanda i två huvudkategorier:

1、inneboende faktorer (relevant oavsett hur förpackad eller skyddad testmiljön är): ljus, temperatur, elektrisk förspänning;

2、externa faktorer (styrs av batteriets interaktion med miljöämnen): vatten, syre.

Stabilitetsinverkan av yttre faktorer beror på batteriets känslighet för vatten och luft samt stabiliteten hos förpackningsmaterialet. Förpackningsmaterialet fungerar som en barriär för att skydda det interna batteriet, och dess barriärprestanda kommer direkt att påverka modulens slutliga prestanda. Innan du helt förstår modulens försämring är det nödvändigt att förstå stabiliteten och nedbrytningsmekanismen för förpackningsmaterialet.

Artikeln föreslår att förpackningsmaterialet kan åldras i samma åldringsförfarande för att testa dess barriäregenskaper (vatten, syre) före och efter åldring. Detta tillvägagångssätt är detsamma som IEC 62788-serien av tester. För närvarande har inga teststandarder specifikt för perovskitcellförpackningsmaterial fastställts. Det förväntas förbättras i framtiden.

När det gäller forskningen om stabilitetseffekter av interna faktorer är de flesta av testobjekten paketerade komponenter. Eftersom förpackningsmaterialens barriäregenskaper är okända efter förpackning (det är obekvämt att dra av och testa), är det inte gynnsamt att särskilja graden av påverkan av interna faktorer och externa faktorer på batteristabiliteten.

därför artikelförslag Lagra oinkapslade perovskitceller i inerta gaser (kväve, argon, etc.) för åldringstester , förutom det är resten av testförhållandena desamma som procedurerna i ISOS. Denna typ av test kommer att särskiljas genom att lägga till "I" i slutet av testnamnet. Figur 4 listar de procedurer som rekommenderas för inneboende prestandatestning i protokollet.

Figur 4. Lista över program som kräver inneboende stabilitetstestning

《Övergång av Perovskite Solar

Teknik för att vara flexibel》

Jämfört med styva perovskitkomponenter är flexibla komponenter lämpliga för en mängd olika speciella applikationsscenarier på grund av deras flexibla storlek och böjbarhet. Denna egenskap kräver emellertid också att flexibla komponenter måste ha goda mekaniska deformationsförmåga, och deras mekaniska egenskaper såsom böjhållfasthet kommer direkt att påverka anordningens tillförlitlighet och långsiktiga stabilitet i praktiska tillämpningar.

Stabilitetstestningen av perovskitceller i det befintliga ISOS-protokollet fokuserar huvudsakligen på att studera driftsstabiliteten i ljus-, värme- och fuktmiljöer, samtidigt som mekanisk stabilitet ignoreras. De befintliga testmetoderna för flexibla komponenter kommer huvudsakligen från IEC 61215 (curling) och ICE 61646 (twisting). Dessa metoder kan testa det inneboende böjmotståndet hos flexibla komponenter, men på grund av avsaknaden av ytterligare spänningsförhållanden (såsom temperatur, luftfuktighet, elektrisk förspänning, ljus, etc.), saknar experimentresultaten överensstämmelse med faktiska tillämpningar.

Baserat på denna bakgrund, LA Castriotta[3] et al. föreslagit fyra föreslagna testprocedurer för böjningsegenskaperna hos flexibla perovskiter, nämligen: ISOS-B (Böjningsstabilitet), ISOS-M (Mekanisk cykel), ISOS-TM (Dark State Thermal Bending), ISOS-LM (Light Moisture Thermal Bending).

Även om dessa tester ännu inte formellt har införlivats i relevanta internationella standarder, tillhandahåller de en genomförbar lösning för att testa böjprestanda hos flexibla komponenter, nämligen omfattande böjtester med flera belastningar. Jag tror att tester inom detta område kommer att fortsätta att förbättras inom en snar framtid.

Figur 5. Testprocedur som rekommenderas av LA Castriotta et al.

Referenser

[1] Matthew O. Reese, Suren A.Gevorgyan et al. Konsensus stabilitetstestningsprotokoll för organiska fotovoltaiska material och enheter. Solenergimaterial och solceller. Volym 95, nummer 5, maj 2011, sidorna 1253-1267. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2011.01.036

[2] Khenkin, MV, Katz, EA, Abate, A. et al. Konsensusförklaring för stabilitetsbedömning och rapportering för perovskit solceller baserad på ISOS-procedurer. Naturenergi. volym 5. sid 35–49 (2020), 35–49 (2020). https://doi.org/10.1038/s41560-019-0529-5

[3] Luigi Angelo Castriotta, Md Aslam Uddin et al. Övergång av Perovskite Solar Technologies till att vara flexibel. Förhandsmaterial. Volym 37, nummer 8, 25 februari 2025

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

Upphovsrättsförklaring Upphovsrätten till denna artikel tillhör Shangrou New Energy

Välkommen att vidarebefordra till din vänkrets, vänligen kontakta oss för nytryck.