Valutazione della qualità Shangrou | Dal laboratorio all'applicazione: spiegazione dettagliata del sistema di prova di stabilità ISOS fotovoltaica della perovskite (parte 2)

《Dichiarazione di consenso per la valutazione della stabilità e la rendicontazione del fotovoltaico in perovskite basata su ISOS

procedure》

Con l'avvicinarsi del 2020, sulla base dei precedenti metodi di prova ISOS per materiali e dispositivi fotovoltaici organici, è stata stabilita una dichiarazione di consenso sulla valutazione della stabilità e sulla rendicontazione dei dispositivi fotovoltaici a base di perovskite. In questo articolo vengono mantenuti i cinque tipi di test originali e vengono aggiunti tre nuovi test sulle condizioni di stress, vale a dire ISOS-V (stress di polarizzazione elettrica), ISOS-LC (test del ciclo di luce e buio), ISOS-I (test delle prestazioni intrinseche )

Figura 1. Nuovo programma di test ISOS

Le considerazioni per l’applicazione dello stress di polarizzazione elettrica derivano principalmente dai seguenti punti:

1. Di solito il componente è vicino allo stato del punto di massima potenza durante il funzionamento effettivo (essendo polarizzato direttamente), ma dopo un'improvvisa perdita di condizioni di luce, la batteria si troverà in uno stato di tensione a circuito aperto. A tal fine, l'articolo raccomanda di applicare una tensione pari a Vmpp o Voc come condizione di polarizzazione elettrica diretta ;

2. Per i moduli solari ombreggiati, le celle ombreggiate possono essere forzate a funzionare applicando una polarizzazione inversa per adattarle al resto del modulo. Questa è la condizione di polarizzazione elettrica inversa. suggerimenti dell'articolo, È possibile applicare una polarizzazione negativa costante , ad esempio -Voc, viene utilizzato per simulare la situazione di componenti con diodi di bypass schermati, o forzare la corrente a raggiungere -Jmpp viene utilizzato per simulare la situazione di componenti senza diodi di bypass schermati.

Inoltre, man mano che il livello delle procedure di test aumenta, è anche necessario impostare la temperatura e l'umidità corrispondenti.

Figura 2. Parametri della procedura di test della polarizzazione elettrica

Esistono rapporti secondo cui le cellule di perovskite possono subire una degradazione completa o parzialmente reversibile in un ambiente buio. Diverse condizioni di stress dei cicli luce-buio e del fotoinvecchiamento allo stato stazionario (ISOS-L) mostreranno diverse modalità di degradazione.

Nel precedente articolo sui materiali organici fotovoltaici e sui test dei dispositivi, sono già presenti test relativi all'alternanza di luce e buio. ISOS-LT-2 e ISOS-LT-3, il metodo consiste nell'accendere l'illuminazione durante la fase di controllo dell'umidità (la parte che supera i 40 ℃) e spegnere l'illuminazione durante la fase in cui l'umidità non è controllata.。

Tuttavia, il tempo di ciclo singolo di questa soluzione è breve e la temperatura esiste ancora come variabile durante la fase in cui l'illuminazione viene mantenuta costante. Pertanto, non è adatto per la ricerca sistematica sull'impatto dell'illuminazione e dei suoi cambiamenti dinamici sulle prestazioni del dispositivo, ed è più adatto per la classificazione nella categoria di test del ciclo termico di ordine elevato.

A tal fine, l’articolo ha rivisto una serie di piani di test del ciclo di luce e buio per le batterie alla perovskite: in un periodo di ciclo di 2, 8 o 24 ore, il rapporto (luce: buio) è 1:1 o 1:2 per i test.

All'aumentare del livello del test, verranno aggiunte ulteriori condizioni di stress. ISOS-LC-2 È stata aggiunta una condizione di temperatura costante per esplorare gli effetti della luce e del calore . ISOS-LC-3 Sono state aggiunte condizioni di temperatura e umidità costanti per esplorare gli effetti della luce, dell'umidità e del calore.

Figura 3. Parametri del programma di test del ciclo di luce e buio

I test sulle prestazioni intrinseche mirano a esplorare le prestazioni della cella di perovskite e dei materiali di imballaggio stessi. L’articolo divide le condizioni di stress che influenzano le prestazioni dei componenti in due grandi categorie:

1、fattori intrinseci (rilevanti indipendentemente da quanto sia imballato o protetto l'ambiente di test): luce, temperatura, polarizzazione elettrica;

2、fattori esterni (controllati dall'interazione della batteria con sostanze ambientali): acqua, ossigeno.

L'influenza sulla stabilità di fattori esterni dipende dalla sensibilità della batteria all'acqua e all'aria nonché dalla stabilità del materiale di imballaggio. Il materiale di imballaggio funge da barriera per proteggere la batteria interna e le sue prestazioni di barriera influiranno direttamente sulle prestazioni finali del modulo. Prima di comprendere appieno il degrado del modulo, è necessario comprendere la stabilità e il meccanismo di degrado del materiale di imballaggio.

L'articolo suggerisce che il materiale da imballaggio possa essere invecchiato con la stessa procedura di invecchiamento per testarne le proprietà barriera (acqua, ossigeno) prima e dopo l'invecchiamento. Questo approccio è lo stesso della serie di test IEC 62788. Al momento non sono stati stabiliti standard di prova specifici per i materiali di imballaggio delle celle di perovskite. Si prevede che verrà migliorato in futuro.

Per quanto riguarda la ricerca sugli effetti di stabilità dei fattori interni, la maggior parte degli oggetti di prova sono componenti confezionati. Poiché le proprietà barriera dei materiali di imballaggio sono sconosciute dopo l'imballaggio (è scomodo staccarli e testarli), non è utile distinguere il grado di impatto dei fattori interni e dei fattori esterni sulla stabilità della batteria.

pertanto, suggerimenti nell'articolo Conservare le celle di perovskite non incapsulate in gas inerti (azoto, argon, ecc.) per i test di invecchiamento , a parte questo, il resto delle condizioni di test sono le stesse delle procedure ISOS. Questo tipo di test verrà contraddistinto aggiungendo "I" alla fine del nome del test. La Figura 4 elenca le procedure consigliate per il test delle prestazioni inerenti nel protocollo.

Figura 4. Elenco dei programmi che richiedono test di stabilità intrinseca

《Transizione di Perovskite Solar

Tecnologie per essere flessibili》

Rispetto ai componenti rigidi in perovskite, i componenti flessibili sono adatti a una varietà di scenari applicativi speciali grazie alle loro dimensioni flessibili e alla loro piegabilità. Tuttavia, questa caratteristica richiede anche che i componenti flessibili abbiano buone capacità di deformazione meccanica e che le loro proprietà meccaniche, come la resistenza alla flessione, influenzino direttamente l'affidabilità e la stabilità a lungo termine del dispositivo nelle applicazioni pratiche.

I test di stabilità delle celle di perovskite nel protocollo ISOS esistente si concentrano principalmente sullo studio della stabilità operativa in ambienti luminosi, caldi e umidi, ignorando la stabilità meccanica. I metodi di prova esistenti per i componenti flessibili derivano principalmente dalla norma IEC 61215 (arricciatura) e ICE 61646 (torsione). Questi metodi possono testare la resistenza alla flessione intrinseca dei componenti flessibili, ma a causa della mancanza di condizioni di stress aggiuntive (come temperatura, umidità, polarizzazione elettrica, luce, ecc.), i risultati sperimentali non corrispondono alle applicazioni reali.

Sulla base di questo contesto, LA Castriotta[3] et al. ha proposto quattro procedure di prova suggerite per le proprietà di flessione delle perovskiti flessibili, vale a dire: ISOS-B (stabilità alla flessione), ISOS-M (ciclo meccanico), ISOS-TM (flessione termica allo stato oscuro), ISOS-LM (flessione termica con umidità leggera).

Sebbene questi test non siano stati ancora formalmente incorporati negli standard internazionali pertinenti, forniscono una soluzione fattibile per testare le prestazioni di flessione dei componenti flessibili, ovvero test di flessione completi multi-stress. Credo che nel prossimo futuro i test in questo settore continueranno a essere migliorati.

Figura 5. Procedura di test raccomandata da LA Castriotta et al.

Riferimenti

[1] Matthew O. Reese, Suren A.Gevorgyan et al. Protocolli di test di stabilità consensuale per materiali e dispositivi fotovoltaici organici. Materiali a energia solare e celle solari. Volume 95, numero 5, maggio 2011, pagine 1253-1267. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2011.01.036

[2] Khenkin, MV, Katz, EA, Abate, A. et al. Dichiarazione di consenso per la valutazione della stabilità e la rendicontazione del fotovoltaico in perovskite basata sulle procedure ISOS. Energia della natura. volume 5. pagine 35–49 (2020), 35–49 (2020). https://doi.org/10.1038/s41560-019-0529-5

[3] Luigi Angelo Castriotta, Md Aslam Uddin et al. Transizione delle tecnologie solari della perovskite verso l'essere flessibili. Materiali avanzati. Volume 37, numero 8, 25 febbraio 2025

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

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