Evaluación de calidad de Shangrou | Del laboratorio a la aplicación: explicación detallada del sistema de prueba de estabilidad ISOS fotovoltaica de perovskita (Parte 2)

《Declaración de consenso para la evaluación y la presentación de informes de estabilidad de la energía fotovoltaica de perovskita basada en ISOS

procedimientos》

A medida que llega el año 2020, basándose en los métodos de prueba ISOS anteriores para materiales y dispositivos fotovoltaicos orgánicos, se estableció una declaración de consenso sobre la evaluación de la estabilidad y la presentación de informes de los dispositivos fotovoltaicos de perovskita. En este artículo, se conservan los cinco tipos de pruebas originales y se agregan tres nuevas pruebas de condición de estrés, a saber, ISOS-V (estrés de polarización eléctrica), ISOS-LC (prueba de ciclo de luz y oscuridad), ISOS-I (prueba de rendimiento intrínseco) .

Figura 1. Nuevo programa de prueba ISOS

Las consideraciones para aplicar tensión de polarización eléctrica se derivan principalmente de los siguientes puntos:

1. Por lo general, el componente está cerca del estado del punto de máxima potencia durante el funcionamiento real (con polarización directa), pero después de una pérdida repentina de condiciones de luz, la batería estará en un estado de voltaje de circuito abierto. Con este fin, el artículo recomienda aplicar un voltaje igual a Vmpp o Voc como condición de polarización eléctrica directa ;

2. Para los módulos solares sombreados, se puede forzar el funcionamiento de las células sombreadas aplicando polarización inversa para que coincida con el resto del módulo. Esta es la condición de polarización eléctrica inversa. sugerencias del artículo, se puede aplicar una polarización negativa constante , como -Voc, se usa para simular la situación de componentes con diodos de derivación blindados, o forzar que la corriente alcance -Jmpp se usa para simular la situación de componentes sin diodos de derivación blindados.

Además, a medida que aumenta el nivel de los procedimientos de prueba, también es necesario establecer la temperatura y la humedad correspondientes.

Figura 2. Parámetros del procedimiento de prueba de polarización eléctrica

Hay informes de que las células de perovskita pueden sufrir una degradación total o parcialmente reversible en un ambiente oscuro. Las diferentes condiciones de estrés de los ciclos de luz-oscuridad y el fotoenvejecimiento en estado estacionario (ISOS-L) mostrarán diferentes modos de degradación.

En el artículo anterior sobre pruebas de dispositivos y materiales fotovoltaicos orgánicos, ya se encuentran pruebas relacionadas con la alternancia de luz y oscuridad. ISOS-LT-2 e ISOS-LT-3, el método consiste en encender la iluminación durante la etapa de control de humedad (la parte que excede los 40 ℃) y apagar la iluminación durante la etapa cuando la humedad no está controlada.。

Sin embargo, el tiempo de ciclo único de esta solución es corto y la temperatura todavía existe como una variable durante la etapa en la que la iluminación se mantiene constante. Por lo tanto, no es adecuado para la investigación sistemática sobre el impacto de la iluminación y sus cambios dinámicos en el rendimiento del dispositivo, y es más adecuado para la clasificación en la categoría de prueba de ciclo térmico de alto orden.

Con este fin, el artículo revisó un conjunto de planes de prueba de ciclos de luz y oscuridad para baterías de perovskita: en un período de ciclo de 2, 8 o 24 horas, la relación (luz:oscuridad) es 1:1 o 1:2 para las pruebas.

A medida que aumente el nivel de prueba, se agregarán condiciones de estrés adicionales. ISOS-LC-2 Se agregó una condición de temperatura constante para explorar los efectos de la luz y el calor . ISOS-LC-3 Se agregaron condiciones de temperatura y humedad constantes para explorar los efectos de la luz, la humedad y el calor.

Figura 3. Parámetros del programa de prueba de ciclo de luz y oscuridad

Las pruebas de rendimiento intrínseco tienen como objetivo explorar el rendimiento de la celda de perovskita y de los propios materiales de embalaje. El artículo divide las condiciones de tensión que afectan el rendimiento de los componentes en dos categorías principales:

1. factores intrínsecos (relevantes sin importar cuán empaquetado o protegido esté el entorno de prueba): luz, temperatura, polarización eléctrica;

2. Factores externos (controlados por la interacción de la batería con sustancias ambientales): agua, oxígeno.

La influencia de factores externos en la estabilidad depende de la sensibilidad de la batería al agua y al aire, así como de la estabilidad del material de embalaje. El material de embalaje sirve como barrera para proteger la batería interna y su desempeño de barrera afectará directamente el desempeño final del módulo. Antes de comprender completamente la degradación del módulo, es necesario comprender el mecanismo de estabilidad y degradación del material de embalaje.

El artículo sugiere que el material de embalaje se puede envejecer en el mismo procedimiento de envejecimiento para probar sus propiedades de barrera (agua, oxígeno) antes y después del envejecimiento. Este enfoque es el mismo que el de la serie de pruebas IEC 62788. En la actualidad, no se han establecido estándares de prueba específicos para materiales de embalaje de células de perovskita. Se espera que mejore en el futuro.

En cuanto a la investigación sobre los efectos de los factores internos en la estabilidad, la mayoría de los objetos de prueba son componentes empaquetados. Dado que las propiedades de barrera de los materiales de embalaje se desconocen después del embalaje (es inconveniente despegarlos y probarlos), no es propicio distinguir el grado de impacto de los factores internos y externos en la estabilidad de la batería.

por lo tanto, sugerencias de artículos Almacene las celdas de perovskita sin encapsular en gases inertes (nitrógeno, argón, etc.) para las pruebas de envejecimiento ; aparte de eso, el resto de las condiciones de la prueba son las mismas que los procedimientos en ISOS. Este tipo de prueba se distinguirá añadiendo "I" al final del nombre de la prueba. La Figura 4 enumera los procedimientos recomendados para las pruebas de rendimiento inherentes en el protocolo.

Figura 4. Lista de programas que requieren pruebas de estabilidad inherente

《Transición de la perovskita solar

Tecnologías para ser flexibles》

En comparación con los componentes rígidos de perovskita, los componentes flexibles son adecuados para una variedad de escenarios de aplicaciones especiales debido a su tamaño flexible y capacidad de flexión. Sin embargo, esta característica también requiere que los componentes flexibles tengan buenas capacidades de deformación mecánica, y sus propiedades mecánicas, como la resistencia a la flexión, afectarán directamente la confiabilidad y la estabilidad a largo plazo del dispositivo en aplicaciones prácticas.

Las pruebas de estabilidad de las células de perovskita en el protocolo ISOS existente se centran principalmente en estudiar la estabilidad operativa en entornos de luz, calor y humedad, ignorando la estabilidad mecánica. Los métodos de prueba existentes para componentes flexibles provienen principalmente de IEC 61215 (curvado) e ICE 61646 (torsión). Estos métodos pueden probar la resistencia inherente a la flexión de componentes flexibles, pero debido a la falta de condiciones de tensión adicionales (como temperatura, humedad, polarización eléctrica, luz, etc.), los resultados experimentales no se corresponden con las aplicaciones reales.

Con base en estos antecedentes, LA Castriotta[3] et al. propuso cuatro procedimientos de prueba sugeridos para las propiedades de flexión de perovskitas flexibles, a saber: ISOS-B (estabilidad a la flexión), ISOS-M (ciclo mecánico), ISOS-TM (flexión térmica en estado oscuro), ISOS-LM (flexión térmica en humedad ligera).

Aunque estas pruebas aún no se han incorporado formalmente a las normas internacionales pertinentes, proporcionan una solución factible para probar el rendimiento de flexión de componentes flexibles, es decir, pruebas de flexión integrales de tensiones múltiples. Creo que en un futuro próximo se seguirán mejorando las pruebas en esta área.

Figura 5. Procedimiento de prueba recomendado por LA Castriotta et al.

Referencias

[1] Matthew O. Reese, Suren A. Gevorgyan et al. Consenso de protocolos de pruebas de estabilidad para materiales y dispositivos orgánicos fotovoltaicos. Materiales de Energía Solar y Células Solares. Volumen 95, Número 5, mayo de 2011, páginas 1253-1267. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2011.01.036

[2] Khenkin, MV, Katz, EA, Abate, A. et al. Declaración de consenso para la evaluación y la presentación de informes de estabilidad de la energía fotovoltaica de perovskita basada en procedimientos ISOS. Energía de la naturaleza. volumen 5. páginas 35–49 (2020), 35–49 (2020). https://doi.org/10.1038/s41560-019-0529-5

[3] Luigi Angelo Castriotta, Md. Aslam Uddin et al. Transición de las tecnologías solares de perovskita a ser flexibles. Materiales avanzados. Volumen 37, Número 8, 25 de febrero de 2025

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

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