Shangrou Laadunarviointi | Laboratoriosta sovellukseen: Perovskite-aurinkosähköisen ISOS-vakavuustestausjärjestelmän yksityiskohtainen selitys (osa 1)

Esipuhe

Verrattuna nykyiseen valtavirran aurinkosähkötekniikkaan (kiteinen pii), vaikka perovskiittikennillä on korkea teoreettinen hyötysuhde, heikko valontuotanto ja alhaisemmat tuotantokustannukset, niiden luotettavuutta on kritisoitu. , pitkän aikavälin vakaus ei ole yhtä hyvä kuin kiteisten piin aurinkosähkömoduuleiden. Tästä viasta on tullut yksi suurimmista esteistä, jotka rajoittavat perovskiittikennojen käyttöä aurinkosähkökentässä.

Perovskiittimoduulien luotettavuustestaus ei kuitenkaan ole vielä saavuttanut yhtenäistä standardia. Koelaitteistojen, testausmenetelmien ja kokeellisten parametrien johdonmukaisuus puuttuu kaikilta osapuolilta. Lisäksi perovskiittikennojen ja kiteisten piikennojen rikkoutumistavoissa on olennaisia ​​eroja. Nykyiset kiteisen piin aurinkosähkömoduulien testausmenetelmät (IEC 61215, IEC 61730 jne.) eivät sovellu täysin perovskiittikennoille.

Siksi tieteellisen, kohtuullisen, toimivan ja testattavan standardin ja arviointijärjestelmän luominen perovskiittisten aurinkosähkömoduulien pitkän aikavälin vakaudelle on tullut keskeiseksi aiheeksi tämän tekniikan teollisen soveltamisen edistämisessä.

Viime vuosina tutkimuslaitosten ja liike-elämän yhteistyöllä on saavutettu sarja edistystä perovskiittisten aurinkosähkölaitteiden stabiiliuden karakterisoinnissa ja testausmenetelmissä. Vaikka asiaankuuluvia tuloksia ei ole vielä sisällytetty kansainväliseen standardijärjestelmään, ne ovat tarjonneet tärkeän perustan ja menetelmätuen perovskiittilaitteiden kestävyyden ja käyttöiän arvioinnissa.

Konsensusvakauden testausprotokollat ​​orgaanisille aurinkosähköisille materiaaleille ja laitteille

Vuonna 2011 julkaistussa artikkelissa "Orgaanisten aurinkosähkömateriaalien ja -laitteiden konsensusstabiilisuustestausprotokollat" kaikki osapuolet analysoivat orgaanisia aurinkosähkö/perovskiitti-aurinkosähkömateriaaleja ja -laitteita kolmen edellisen ISOS-kokouksen aikana käsiteltyjen ohjeiden perusteella. Suunniteltu joitain yleisiä testimenetelmiä .

Tarkat sisällöt ovat seuraavat: Erilaisten rasitusolosuhteiden mukaan on perustettu 5 päätestiluokkaa, nimittäin: Pimeän ympäristön testi (ISOS-D), ulkoilmatesti (ISOS-O), laboratorion ikääntymistesti (ISOS-L), lämpösyklitesti (ISOS-TC), auringon lämpö- ja kosteuskiertotesti (ISOS-LT)

Jokainen testiluokka on jaettu 3 tasoon laiteolosuhteiden ja rasituksen voimakkuuden perusteella (katso kuva 1 lisätietoja). Näiden testimenetelmien käyttöönotto auttaa kokeellisia ymmärtämään orgaanisten aurinkosähkömateriaalien stabiiliutta ja hajoamismekanismia ja vertailemaan tietoja laboratorioiden välillä. Alla on lyhyt esittely jokaiseen testimenettelyyn.

Kuva 1. Yhteenveto orgaanisten aurinkosähkömateriaalien ja -laitteiden testauksesta

Pimeän ympäristön testin tarkoituksena on tutkia akun säilyvyyttä. Akkua säilytetään valottomissa olosuhteissa sen pitkän aikavälin luotettavuuden tutkimiseksi. Testiohjelman tason noustessa lisätään kaksi ylimääräistä rasitusolosuhteita, lämpötila ja kosteus.

Tiukin ISOS-D-3 , joka on samanlainen kuin tavallinen kiteisten piin komponenttien kaksois-85-testi. Erona on se, että MQT 13 edellyttää komponenttien oikosulkemista testin aikana tai virtaa syötetään tiettyjen teknisten vaatimusten mukaisesti, kun taas ISOS-protokollassa komponentit on asetettava avoimeen piiriin.

Artikkelissa mainittiin myös, että jos haluat suorittaa pimeän ympäristön testauksen matalissa lämpötiloissa (käytetään simuloimaan kohtausta, jossa lumi peittää komponentin pinnan talvella), kokeelliset menettelyt voidaan määrittää ISOS-D-2:n mukaisesti , mutta lämpötila on muutettava -18 ℃. Jos haluat tutkia korkeamman tason matalan lämpötilan pimeän tilan testiä, on suositeltavaa käyttää suoraan lämpökiertoa ISOS-T-3 tai auringon lämpökosteuden jäätymissyklitestiä.

Ulkona esittely on yksinkertaisin ja suorin tapa tutkia moduulien suorituskykyä, joka voi intuitiivisesti heijastaa aurinkosähkömoduulien ongelmia käytännön sovelluksissa.

Ilmasto-olosuhteiden vaihteluista johtuen ulkoilmatestaukseen liittyy kuitenkin monia epävarmuustekijöitä, mukaan lukien, mutta ei rajoittuen: lämpötilakertoimien, pilvipeitteen, suorituskyvyn ja säteilyvoimakkuuden väliset epälineaariset suhteet; kausivaihtelut tuulen määrässä ja komponenttien vastaanottamassa energiaannoksessa; ilmasto-, leveys- ja korkeuserot eri alueilla.

Siksi kaikki tekijät on otettava huomioon tehtäessä vertailuja ulkona. ISOS-O:n kunkin tason testiasetukset ovat lähes samat , ainoa ero on JV-käyrän säännöllisessä mittauksessa. ISOS-O-1 suoritetaan aurinkosimulaattorin valaistuksen alla, ISOS-O-2 kerätään säännöllisesti suorassa auringonvalossa ulkona ja ISOS-O-3 vaatii in situ mpp-seurantaa suorissa ulkoolosuhteissa.

Tässä laboratorio-ikääntymistesti tutkii pääasiassa valovanhenemistestausta. Vaikka ulkovalojen testaus voi heijastaa tarkasti komponenttien todellista käyttöä, on ongelmia, kuten epävakaat testausolosuhteet ja hidas vanhenemisnopeus. Laboratorio-ikääntymistestit edellyttävät vakaampia testausolosuhteita stressin ja hajoamisnopeuden välisen suhteen systemaattista analysointia ja kiihtyvän ikääntymisen tutkimusta varten.

Orgaanisten aurinkosähkö/perovskiitti-aurinkosähkökennojen pitkän aikavälin stabiilius liittyy suurelta osin valonlähteen spektrijakaumaan. Laboratorio-ikääntymistokeissa käytettävän keinotekoisen valonlähteen tulee mahdollisimman hyvin vastata todellista käyttövalonlähdettä.

ISOS-L-1 , voit valita valonlähteen itse ilman, että sitä sovitetaan kohdevalonlähteeseen, mutta sinun on raportoitava käytetyn valonlähteen spektrijakauma. ISOS-L-2 ja ISOS-L-3 Testi on suuntautunut enemmän ulkokäyttöön, joten valonlähteen on oltava riittävän yhteensopiva auringon spektrin kanssa. Samalla asetetaan vastaavat lämpötila- ja kosteusvaatimukset ohjelmatason mukaan.

Vuorottelevan kuuman ja kylmän lämpötilan syklin rasitustestiä ei käytetä vain komponenttien suorituskyvyn arvioimiseen muuttuvissa säteily-, lämpötila- ja kosteusolosuhteissa, vaan se on myös tärkeä keino tutkia materiaalien lämpötilasyklin väsymisominaisuuksia ja analysoida perovskiittikakun kunkin toiminnallisen kerroksen vikamekanismia.

Lämpökiertokokeet ISOS:ssä ovat yleensä samanlaisia ​​kuin MQT 11 standardissa IEC 61215, jossa ISOS-T-1 ja ISOS-T-2 Jotta komponenttien lämpötilajakso voidaan toteuttaa säätämällä keittolevyä tai uunia, lämpötila-alue on huoneenlämpötilasta 65 ℃/85 ℃:iin, eikä ympäristön kosteutta ole kontrolloitu.

ISOS-T-3 muistuttaa eniten MQT 11:tä , komponentit on myös vaihdettava välillä -40 °C ja 85 °C, mutta joissakin yksityiskohdissa on eroja:

1. ISOS-T-3 vaatii kosteuden valvontaa ja säätöä (ohjattu 55 %:n suhteellisessa kosteudessa)

2. ISOS:ssä ei ole tarvetta lisätä sähköisiä esijännitysolosuhteita komponentteihin. Kaikissa luokissa komponentit sijoitetaan avoimiin piireihin (MQT 11 edellyttää jaksollisen kiertovirran kulkemista komponenttien läpi).

Kuva 2. IEC 61215:n ja ISOS-T-3:n lämpösyklierojen vertailu

ISOS-LT-kokeessa pyritään simuloimaan realistisempia käyttöolosuhteita laboratorio-olosuhteissa, jolloin komponentit voivat vanhentua kattavasti valon, lämpötilan ja kosteuden vaikutuksesta. Stressin määrän ja vakavuuden mukaan se jaetaan kolmen tyyppiseen testiin, nimittäin ISOS-LT-1 (auringon lämpösykli), ISOS-LT-2 (auringon lämpökosteussykli), ISOS-LT-3 (auringon lämpökosteuden jäädytysjakso) .

Artikkelissa mainittiin valojännityksen lisäämisen tarve:

1. Komponentin pintaa säteilyttävän tulevan valon antama lämpösäteily muodostaa lämpötilagradientin lämmönsiirtoreitillä valaistulta pinnalta näytteen takaosaan, mikä tuottaa lämpötilarasituksen olosuhteet, jotka ovat täysin erilaisia ​​kuin tasainen konvektiolämmitys ympäristölaatikossa.

2. Valon tuottama virta lisää väistämättä komponenttien sähköisesti aiheuttamaa rasitusta. Tämä jännitys edistää komponenttien rikkoutumista, kuten metalliosien korroosiota.

Kuva 3. Kaaviokaavio artikkelin suosittelemasta auringon lämpö-kosteus-jäätymisjaksotestistä

Suorituskyvyn arviointi heikossa valaistuksessa on tärkeä askel aurinkosähkölaitteiden varsinaisessa käytössä. Vaikka artikkeli ei sisältänyt testausta hämärässä, siinä esitettiin myös joitain rakentavia ehdotuksia.

Orgaanisen aurinkosähkön/perovskiittisen aurinkosähkön tärkeä etu on, että ne toimivat edelleen hyvin heikossa valaistuksessa tai sisätiloissa .

Sisätiloissa käytettävät valonlähteet ovat pääosin keinotekoisia valonlähteitä, kuten loistelamppuja, hehkulamppuja ja LED-lamppuja, jotka eroavat olennaisesti auringonvalosta spektrin jakautumisen (ks. kuva 4) ja säteilyvoimakkuuden suhteen. Keinotekoisten valonlähteiden valaistuksen voimakkuus mitataan yleensä lx:inä. Toimiston valaistusvaatimusten tyypillinen arvo on 200-1000lx, mikä on noin 1/100-1/500 AM1.5G-spektrin 1000W/m2 valaistuksesta.

Siksi on välttämätöntä erottaa tarkasti valonlähteen tyyppi, spektriominaisuudet ja säteilyn intensiteetti heikossa valaistuksessa suoritettaessa suorituskykyä ja luoda testiolosuhteet todellisten käyttöskenaarioiden kanssa.

Kuva 4. Loistelampun spektrin, jonka värilämpötila on 830 °C, ja AM1.5 aurinkospektrin vertailu

Artikkeli sisältää joukon JV-testimenettelyjä laitteille, jotka käyttävät suositeltuja loistelamppuja (värilämpötila 830) valonlähteenä. Katso lisätietoja kuvasta 5.

Nykyiset standardit perovskiittikennojen hämärässä testaamiseksi sisältävät IEC TS 62607-7-2:2023. Mutta olipa kyseessä ISOS tai IEC62607 , tällä hetkellä vain laitteiden IV-testimenettely on muotoiltu, eikä tällä hetkellä ole olemassa erityistä testausmenettelyä laitteiden ympäristön ikääntymisen testaamiseen heikossa valaistuksessa.

Kuva 5. Loistelampun spektrin, jonka värilämpötila on 830 °C, ja AM1.5 aurinkospektrin vertailu

Viitteet

[1] Matthew O. Reese, Suren A. Gevorgyan et ai. Konsensusvakauden testausprotokollat ​​orgaanisille aurinkosähköisille materiaaleille ja laitteille. Aurinkoenergiamateriaalit ja aurinkokennot. Volume 95, Issue 5, toukokuu 2011, sivut 1253-1267. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2011.01.036

[2] Khenkin, MV, Katz, EA, Abate, A. et ai. Konsensuslausunto perovskiittisten aurinkosähköjen stabiliteetin arvioinnista ja raportoinnista ISOS-menettelyihin perustuen. Luonnon Energia. osa 5. sivut 35–49 (2020), 35–49 (2020). https://doi.org/10.1038/s41560-019-0529-5

[3] Luigi Angelo Castriotta, Md Aslam Uddin et al. Perovskite-aurinkoteknologian siirtyminen joustavuuteen. Ennakkomateriaalit. Osa 37, numero 8, 25.2.2025

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

Jatkuu...

Tekijänoikeuslausunto Tämän artikkelin tekijänoikeudet kuuluvat Shangrou New Energylle

Tervetuloa välittämään ystäväpiirillesi, ota yhteyttä uusintapainosta varten.