钙钛矿太阳能电池的湿热稳定性与效率优化

钙钛矿太阳能电池因其高效率和低成本在光伏行业广受关注，尤其在极端高温高湿环境下的稳定性是关键挑战。为此，通过研究创新的二维/三维结构并优化界面工程和封装技术，提高电池的耐环境性能。美能湿热环境试验箱设备能在85℃和85%RH条件下连续运行1000小时以上，通过高温实验确保组件稳定性。本期美能光伏将对钙钛矿太阳能电池的湿热稳定性进行讨论。

 

 

提升钙钛矿太阳能电池在湿热条件下的稳定性的措施

二维钙钛矿薄膜的形态特性

 

通过结合二维和三维钙钛矿结构来提高电池的湿热稳定性。二维钙钛矿层作为表面保护层，能有效阻隔水分和氧气，减少这些因素对三维钙钛矿活性层的负面影响。这种二维层通常是通过在三维钙钛矿层上施加一层或多层有机-无机杂化材料来实现的，这些材料具有较大的有机阳离子，能形成稳定的屏障。

 

钙钛矿薄膜的形态特性，不同的放大倍数下，钙钛矿膜的二维和非二维钙钛矿钝化的俯视图SEM图像对钙钛矿材料自身的改性，以提高其在高湿度和高温环境下的化学稳定性。这包括选择稳定性更好的钙钛矿组成，例如引入具有较高稳定性的离子（如铯）来取代部分不稳定的有机组分。此外，通过控制晶体结构中的缺陷密度，优化晶体生长条件，也能显著提升材料的整体稳定性。

 

 

湿热稳定性测试

在 >1000小时后成功通过湿热(IEC61215:2016)测试的电池效率损失于5%

在湿热稳定性测试中，研究人员将封装的太阳能电池在恒定的温度和湿度条件下（85°C/85% RH）放置在环境测试箱中超过1000小时。在设备冷却约30分钟后，使用氮气填充的手套箱对封装的设备进行定期测量。在后续测试中，研究人员在C60上依次沉积了约10纳米厚的四氧化锡层和80纳米厚的氧化铟锌层，以取代BCP层。在标准AM1.5照射（100 mW/cm²）和环境温度约40°C的条件下进行的操作稳定性测试中，电池通过最大功率点追踪（MPPT）自动调节电压，持续监控电池的功率输出。详细的数据分析表明，尽管长时间暴露于极端环境，电池的性能退化非常有限，效率损失不超过5%。这一结果不仅证明了采用的材料和工艺在增强钙钛矿太阳能电池湿热稳定性方面的有效性，也指出了钙钛矿电池在商业应用中应对环境挑战的潜力。

 

 

钙钛矿太阳能电池可以吸收热量

 

 

钙钛矿组件结构

 

根据研究表明显示通过用油碘化铵 [(C 18 H 35 )NH 3 ]I 溶液处理薄膜并修改制造过程中的热处理以改变钙钛矿晶体的表面结构，提高了钙钛矿电池的热稳定性（见图）。这种处理产生了层状表面结构，导致每个微观钙钛矿颗粒钝化，钝化是指消除可能成为电子缺陷的末端结合物质这种转变已被证明可以提高性能和稳定性的各个方面 。层状钙钛矿材料处于材料科学研究的前沿，包括太阳能电池板，半导体等。从微观上讲，层状钙钛矿由交替的卤化铅八面体和自组装分子组成，这些分子通常太大而无法形成三维钙钛矿晶格。这些层可以形成各种晶体结构，具体取决于一层的八面体与相邻层的八面体的排列方式。

 

实验最后经过反复验证得出24% 效率的钙钛矿太阳能电池在湿热测试下保持稳定且未经退火处理的薄膜在钙钛矿在过程中具有可重复性。

 

美能湿热环境试验箱

 

 

 

太阳能组件应用过程中会经受各种严酷天气的考验。其中组件承受高温、高湿，长期湿气渗透的能力等各项性能需要评估。湿热环境模拟试验，为了验证评估组件或材料的可靠性，并通过热疲劳诱导失效模式，早期识别制造缺陷。

 

满足标准: IEC61215-MQT13；IEC61730-MST53

 

•在85℃和85%RH的状态下持续运行1000个小时以上需要超高的稳定性，无论在制造工艺上还是电子设备可靠性上都十分优质。

 

•内置循环风道以及长轴通风机，进行有效的热交换，环境箱内部温度均匀稳定

 

•采用进口温度控制器，实现多段温度编程，精度高，可靠性好

 

•可以在持续的高温高湿环境下运行，也可依据工程人员的计划进行高温实验

 

•搭配潜在电势诱导衰减测试仪，可更直观观测组件的性能

 

本文深入探讨了钙钛矿太阳能电池在极端湿热条件下的稳定性和性能，特别强调了通过创新的二维/三维结构、界面工程优化，以及封装技术的改进，显著提升了太阳能电池组件的环境耐受性。使用美能光伏的湿热环境试验箱进行的测试结果证实了这些技术的有效性，显示了电池在极端条件下的优异表现和可靠性。这些研究成果不仅证明了钙钛矿太阳能电池技术的实用性，也为其在未来光伏应用中的广泛部署提供了坚实的科学基础。美能光伏继续致力于推动这一领域的技术进步，为全球能源的可持续发展做出贡献。