鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的濕熱穩(wěn)定性與效率優(yōu)化

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池因其高效率和低成本在光伏行業(yè)廣受關(guān)注，尤其在極端高溫高濕環(huán)境下的穩(wěn)定性是關(guān)鍵挑戰(zhàn)。為此，通過(guò)研究創(chuàng)新的二維/三維結(jié)構(gòu)并優(yōu)化界面工程和封裝技術(shù)，提高電池的耐環(huán)境性能。美能濕熱環(huán)境試驗(yàn)箱設(shè)備能在85℃和85%RH條件下連續(xù)運(yùn)行1000小時(shí)以上，通過(guò)高溫實(shí)驗(yàn)確保組件穩(wěn)定性。本期美能光伏將對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的濕熱穩(wěn)定性進(jìn)行討論。

提升鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在濕熱條件下的穩(wěn)定性的措施

二維鈣鈦礦薄膜的形態(tài)特性

通過(guò)結(jié)合二維和三維鈣鈦礦結(jié)構(gòu)來(lái)提高電池的濕熱穩(wěn)定性。二維鈣鈦礦層作為表面保護(hù)層，能有效阻隔水分和氧氣，減少這些因素對(duì)三維鈣鈦礦活性層的負(fù)面影響。這種二維層通常是通過(guò)在三維鈣鈦礦層上施加一層或多層有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這些材料具有較大的有機(jī)陽(yáng)離子，能形成穩(wěn)定的屏障。

鈣鈦礦薄膜的形態(tài)特性，不同的放大倍數(shù)下，鈣鈦礦膜的二維和非二維鈣鈦礦鈍化的俯視圖SEM圖像對(duì)鈣鈦礦材料自身的改性，以提高其在高濕度和高溫環(huán)境下的化學(xué)穩(wěn)定性。這包括選擇穩(wěn)定性更好的鈣鈦礦組成，例如引入具有較高穩(wěn)定性的離子（如銫）來(lái)取代部分不穩(wěn)定的有機(jī)組分。此外，通過(guò)控制晶體結(jié)構(gòu)中的缺陷密度，優(yōu)化晶體生長(zhǎng)條件，也能顯著提升材料的整體穩(wěn)定性。

濕熱穩(wěn)定性測(cè)試

在 >1000小時(shí)后成功通過(guò)濕熱(IEC61215:2016)測(cè)試的電池效率損失于5%

在濕熱穩(wěn)定性測(cè)試中，研究人員將封裝的太陽(yáng)能電池在恒定的溫度和濕度條件下（85°C/85% RH）放置在環(huán)境測(cè)試箱中超過(guò)1000小時(shí)。在設(shè)備冷卻約30分鐘后，使用氮?dú)馓畛涞氖痔紫鋵?duì)封裝的設(shè)備進(jìn)行定期測(cè)量。在后續(xù)測(cè)試中，研究人員在C60上依次沉積了約10納米厚的四氧化錫層和80納米厚的氧化銦鋅層，以取代BCP層。在標(biāo)準(zhǔn)AM1.5照射（100 mW/cm2）和環(huán)境溫度約40°C的條件下進(jìn)行的操作穩(wěn)定性測(cè)試中，電池通過(guò)最大功率點(diǎn)追蹤（MPPT）自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓，持續(xù)監(jiān)控電池的功率輸出。詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析表明，盡管長(zhǎng)時(shí)間暴露于極端環(huán)境，電池的性能退化非常有限，效率損失不超過(guò)5%。這一結(jié)果不僅證明了采用的材料和工藝在增強(qiáng)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池濕熱穩(wěn)定性方面的有效性，也指出了鈣鈦礦電池在商業(yè)應(yīng)用中應(yīng)對(duì)環(huán)境挑戰(zhàn)的潛力。

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池可以吸收熱量

鈣鈦礦組件結(jié)構(gòu)

根據(jù)研究表明顯示通過(guò)用油碘化銨 [(C18H35)NH3]I 溶液處理薄膜并修改制造過(guò)程中的熱處理以改變鈣鈦礦晶體的表面結(jié)構(gòu)，提高了鈣鈦礦電池的熱穩(wěn)定性（見(jiàn)圖）。這種處理產(chǎn)生了層狀表面結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致每個(gè)微觀鈣鈦礦顆粒鈍化，鈍化是指消除可能成為電子缺陷的末端結(jié)合物質(zhì)這種轉(zhuǎn)變已被證明可以提高性能和穩(wěn)定性的各個(gè)方面 。層狀鈣鈦礦材料處于材料科學(xué)研究的前沿，包括太陽(yáng)能電池板，半導(dǎo)體等。從微觀上講，層狀鈣鈦礦由交替的鹵化鉛八面體和自組裝分子組成，這些分子通常太大而無(wú)法形成三維鈣鈦礦晶格。這些層可以形成各種晶體結(jié)構(gòu)，具體取決于一層的八面體與相鄰層的八面體的排列方式。

實(shí)驗(yàn)最后經(jīng)過(guò)反復(fù)驗(yàn)證得出24% 效率的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在濕熱測(cè)試下保持穩(wěn)定且未經(jīng)退火處理的薄膜在鈣鈦礦在過(guò)程中具有可重復(fù)性。

美能濕熱環(huán)境試驗(yàn)箱

太陽(yáng)能組件應(yīng)用過(guò)程中會(huì)經(jīng)受各種嚴(yán)酷天氣的考驗(yàn)。其中組件承受高溫、高濕，長(zhǎng)期濕氣滲透的能力等各項(xiàng)性能需要評(píng)估。濕熱環(huán)境模擬試驗(yàn)，為了驗(yàn)證評(píng)估組件或材料的可靠性，并通過(guò)熱疲勞誘導(dǎo)失效模式，早期識(shí)別制造缺陷。

滿足標(biāo)準(zhǔn): IEC61215-MQT13；IEC61730-MST53

?在85℃和85%RH的狀態(tài)下持續(xù)運(yùn)行1000個(gè)小時(shí)以上需要超高的穩(wěn)定性，無(wú)論在制造工藝上還是電子設(shè)備可靠性上都十分優(yōu)質(zhì)。

?內(nèi)置循環(huán)風(fēng)道以及長(zhǎng)軸通風(fēng)機(jī)，進(jìn)行有效的熱交換，環(huán)境箱內(nèi)部溫度均勻穩(wěn)定

?采用進(jìn)口溫度控制器，實(shí)現(xiàn)多段溫度編程，精度高，可靠性好

?可以在持續(xù)的高溫高濕環(huán)境下運(yùn)行，也可依據(jù)工程人員的計(jì)劃進(jìn)行高溫實(shí)驗(yàn)

?搭配潛在電勢(shì)誘導(dǎo)衰減測(cè)試儀，可更直觀觀測(cè)組件的性能

本文深入探討了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在極端濕熱條件下的穩(wěn)定性和性能，特別強(qiáng)調(diào)了通過(guò)創(chuàng)新的二維/三維結(jié)構(gòu)、界面工程優(yōu)化，以及封裝技術(shù)的改進(jìn)，顯著提升了太陽(yáng)能電池組件的環(huán)境耐受性。使用美能光伏的濕熱環(huán)境試驗(yàn)箱進(jìn)行的測(cè)試結(jié)果證實(shí)了這些技術(shù)的有效性，顯示了電池在極端條件下的優(yōu)異表現(xiàn)和可靠性。這些研究成果不僅證明了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池技術(shù)的實(shí)用性，也為其在未來(lái)光伏應(yīng)用中的廣泛部署提供了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。美能光伏繼續(xù)致力于推動(dòng)這一領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，為全球能源的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。