Shangrou-Qualitätsbewertung | Vom Labor zur Anwendung: Detaillierte Erläuterung des ISOS-Stabilitätstestsystems für Perowskit-Photovoltaik (Teil 2)

„Konsenserklärung zur Stabilitätsbewertung und Berichterstattung für Perowskit-Photovoltaik basierend auf ISOS

Verfahren》

Im Jahr 2020 wurde auf der Grundlage der bisherigen ISOS-Testmethoden für organische Photovoltaikmaterialien und -geräte eine Konsenserklärung zur Stabilitätsbewertung und Berichterstattung von Perowskit-Photovoltaikgeräten erstellt. In diesem Artikel werden die ursprünglichen fünf Testtypen beibehalten und drei neue Stresszustandstests hinzugefügt, nämlich ISOS-V (elektrischer Vorspannungsstress), ISOS-LC (Licht- und Dunkelzyklustest) und ISOS-I (intrinsischer Leistungstest) .

Abbildung 1. Neues ISOS-Testprogramm

Die Überlegungen zum Anlegen einer elektrischen Vorspannung basieren hauptsächlich auf folgenden Punkten:

1. Normalerweise befindet sich die Komponente während des tatsächlichen Betriebs in der Nähe des maximalen Leistungspunkts (in Vorwärtsrichtung vorgespannt), aber nach einem plötzlichen Verlust der Lichtverhältnisse befindet sich die Batterie in einem Leerlaufspannungszustand. Zu diesem Zweck empfiehlt der Artikel, eine Spannung gleich Vmpp oder Voc als Bedingung für die elektrische Vorwärtsvorspannung anzulegen ;

2. Bei beschatteten Solarmodulen können die beschatteten Zellen durch Anlegen einer umgekehrten Vorspannung zum Betrieb gezwungen werden, um sie an den Rest des Moduls anzupassen. Dies ist der Zustand der umgekehrten elektrischen Vorspannung. Artikelvorschläge: Es kann eine konstante negative Vorspannung angewendet werden , z. B. -Voc, um die Situation von Komponenten mit abgeschirmten Bypass-Dioden zu simulieren, oder um den Strom zu zwingen, -Jmpp zu erreichen, um die Situation von Komponenten ohne abgeschirmte Bypass-Dioden zu simulieren.

Darüber hinaus ist es mit zunehmendem Umfang der Testverfahren erforderlich, die entsprechende Temperatur und Luftfeuchtigkeit einzustellen.

Abbildung 2. Parameter des elektrischen Bias-Testverfahrens

Es gibt Berichte, dass Perowskit-Zellen in einer dunklen Umgebung vollständig oder teilweise reversibel zerfallen können. Unterschiedliche Stressbedingungen von Hell-Dunkel-Zyklen und stationärer Photoalterung (ISOS-L) zeigen unterschiedliche Abbaumodi.

Im vorherigen Artikel zu organischen Photovoltaik-Materialien und Gerätetests gibt es bereits Tests zum Hell-Dunkel-Wechsel. Bei ISOS-LT-2 und ISOS-LT-3 wird die Beleuchtung während der Feuchtigkeitskontrollphase (der Teil über 40 °C) eingeschaltet und während der Phase, in der die Feuchtigkeit nicht kontrolliert wird, ausgeschaltet.。

Allerdings ist die Einzelzykluszeit dieser Lösung kurz und die Temperatur bleibt während der Phase, in der die Beleuchtung konstant gehalten wird, als Variable bestehen. Daher eignet es sich nicht für die systematische Untersuchung des Einflusses der Beleuchtung und ihrer dynamischen Änderungen auf die Geräteleistung und eignet sich eher für die Einstufung in die Testkategorie für thermische Zyklen höherer Ordnung.

Zu diesem Zweck überarbeitete der Artikel eine Reihe von Hell-Dunkel-Zyklus-Testplänen für Perowskit-Batterien: In einer Zyklusperiode von 2, 8 oder 24 Stunden beträgt das (Hell:Dunkel)-Verhältnis zum Testen 1:1 oder 1:2.

Mit steigendem Testniveau kommen weitere Stressbedingungen hinzu. ISOS-LC-2 Eine konstante Temperaturbedingung wurde hinzugefügt, um die Auswirkungen von Licht und Wärme zu untersuchen . ISOS-LC-3 Konstante Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen wurden hinzugefügt, um die Auswirkungen von Licht, Feuchtigkeit und Wärme zu untersuchen.

Abbildung 3. Parameter des Hell- und Dunkelzyklus-Testprogramms

Ziel der intrinsischen Leistungsprüfung ist es, die Leistung der Perowskit-Zelle und der Verpackungsmaterialien selbst zu untersuchen. Der Artikel unterteilt die Stressbedingungen, die sich auf die Komponentenleistung auswirken, in zwei Hauptkategorien:

1、Intrinsische Faktoren (relevant, unabhängig davon, wie verpackt oder geschützt die Testumgebung ist): Licht, Temperatur, elektrische Vorspannung;

2、Externe Faktoren (gesteuert durch die Wechselwirkung der Batterie mit Umweltsubstanzen): Wasser, Sauerstoff.

Der Stabilitätseinfluss äußerer Faktoren hängt von der Empfindlichkeit der Batterie gegenüber Wasser und Luft sowie der Stabilität des Verpackungsmaterials ab. Das Verpackungsmaterial dient als Barriere zum Schutz der internen Batterie und seine Barriereleistung wirkt sich direkt auf die Endleistung des Moduls aus. Um den Abbau des Moduls vollständig zu verstehen, ist es notwendig, die Stabilität und den Abbaumechanismus des Verpackungsmaterials zu verstehen.

Der Artikel schlägt vor, dass das Verpackungsmaterial im gleichen Alterungsverfahren gealtert werden kann, um seine Barriereeigenschaften (Wasser, Sauerstoff) vor und nach der Alterung zu testen. Dieser Ansatz entspricht der Testreihe IEC 62788. Derzeit wurden keine speziellen Prüfstandards für Verpackungsmaterialien für Perowskit-Zellen festgelegt. Es wird erwartet, dass es in Zukunft verbessert wird.

Was die Forschung zu den Stabilitätseffekten interner Faktoren betrifft, handelt es sich bei den meisten Testobjekten um verpackte Komponenten. Da die Barriereeigenschaften des Verpackungsmaterials nach dem Verpacken unbekannt sind (das Abziehen und Testen ist umständlich), ist es nicht hilfreich, den Grad der Auswirkung interner und externer Faktoren auf die Batteriestabilität zu unterscheiden.

daher Artikelvorschläge Lagern Sie nicht verkapselte Perowskitzellen für Alterungstests in Inertgasen (Stickstoff, Argon usw.). Ansonsten sind die übrigen Testbedingungen dieselben wie die Verfahren in ISOS. Diese Art von Test wird durch den Zusatz „I“ am Ende des Testnamens unterschieden. Abbildung 4 listet die Verfahren auf, die für inhärente Leistungstests im Protokoll empfohlen werden.

Abbildung 4. Liste der Programme, die einen inhärenten Stabilitätstest erfordern

《Übergang von Perowskit Solar

Technologien zur Flexibilität》

Im Vergleich zu starren Perowskit-Komponenten eignen sich flexible Komponenten aufgrund ihrer flexiblen Größe und Biegbarkeit für eine Vielzahl spezieller Anwendungsszenarien. Diese Eigenschaft erfordert jedoch auch, dass flexible Komponenten über gute mechanische Verformungsfähigkeiten verfügen müssen und ihre mechanischen Eigenschaften wie Biegefestigkeit einen direkten Einfluss auf die Zuverlässigkeit und Langzeitstabilität des Geräts in praktischen Anwendungen haben.

Die Stabilitätsprüfung von Perowskitzellen im bestehenden ISOS-Protokoll konzentriert sich hauptsächlich auf die Untersuchung der Betriebsstabilität in Umgebungen mit Licht, Hitze und Feuchtigkeit, während die mechanische Stabilität außer Acht gelassen wird. Die bestehenden Prüfmethoden für flexible Komponenten stammen hauptsächlich aus IEC 61215 (Curling) und ICE 61646 (Twisting). Mit diesen Methoden kann die inhärente Biegefestigkeit flexibler Komponenten getestet werden. Aufgrund des Fehlens zusätzlicher Belastungsbedingungen (wie Temperatur, Feuchtigkeit, elektrische Vorspannung, Licht usw.) stimmen die experimentellen Ergebnisse jedoch nicht mit tatsächlichen Anwendungen überein.

Vor diesem Hintergrund haben LA Castriotta[3] et al. schlug vier vorgeschlagene Testverfahren für die Biegeeigenschaften flexibler Perowskite vor, nämlich: ISOS-B (Biegestabilität), ISOS-M (Mechanischer Zyklus), ISOS-TM (Dark State Thermal Bending), ISOS-LM (Light Moisture Thermal Bending).

Obwohl diese Tests noch nicht offiziell in relevante internationale Normen aufgenommen wurden, bieten sie eine praktikable Lösung für die Prüfung der Biegeleistung flexibler Komponenten, nämlich umfassende Biegetests mit mehreren Belastungen. Ich glaube, dass die Tests in diesem Bereich in naher Zukunft weiter verbessert werden.

Abbildung 5. Von LA Castriotta et al. empfohlenes Testverfahren.

Referenzen

[1] Matthew O. Reese, Suren A.Gevorgyan et al. Konsensstabilitätstestprotokolle für organische Photovoltaikmaterialien und -geräte. Solarenergiematerialien und Solarzellen. Band 95, Ausgabe 5, Mai 2011, Seiten 1253–1267. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2011.01.036

[2] Khenkin, MV, Katz, EA, Abate, A. et al. Konsenserklärung zur Stabilitätsbewertung und Berichterstattung für Perowskit-Photovoltaik basierend auf ISOS-Verfahren. Naturenergie. Band 5. Seiten 35–49 (2020), 35–49 (2020). https://doi.org/10.1038/s41560-019-0529-5

[3] Luigi Angelo Castriotta, Md Aslam Uddin et al. Übergang der Perowskit-Solartechnologien zur Flexibilität. Vorabmaterialien. Band 37, Ausgabe 8, 25. Februar 2025

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

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