基于ISOS标准的全面解析与应用，钙钛矿太阳能电池（PSCs）稳定性评估

 

新型光伏技术需兼具高功率转换效率和长期稳定性，钙钛矿太阳能电池虽有潜力，但稳定性研究存在问题，而 ISOS标准可作为统一测试的起点。「美能光伏」紫外老外试验箱、温湿度综合环境箱等一系列可靠性检测设备，可模拟外界的温湿度、UV等环境因素，对钙钛矿太阳能电池进行可靠性测试。

 

现有 ISOS 稳定性标
 

ISOS标准分为五类，包括暗存储测试、户外测试、光照浸泡测试、热循环测试和光-湿度-热循环测试，每个类别有三个复杂程度级别，这些标准对钙钛矿太阳能电池稳定性研究有重要意义。

现有的ISOS稳定性标准及针对钙钛矿材料和电池特性的建议附加标准

 

 

黑暗存储测试（ISOS-D）：评估太阳能电池在黑暗条件下的稳定性，模拟电池在未暴露于光照时的存储条件。

 

户外测试（ISOS-O）：通过自然阳光和环境条件下的老化测试，模拟实际使用场景。

 

光照浸泡测试（ISOS-L）：研究长时间光照对太阳能电池性能的影响。

 

热循环测试（ISOS-T）：评估温度变化对太阳能电池稳定性的影响。

 

光-湿度-热循环测试（ISOS-LT）：结合光照、湿度和温度变化，模拟更复杂的实际使用环境。针对钙钛矿太阳能电池的特定 ISOS 标准

 

光-暗循环测试（ISOS-LC）：模拟昼夜循环，考虑到PSCs在黑暗中部分降解的可逆性，设置不同循环周期和占空比进行测试。暗态电偏压测试（ISOS-V）：研究电偏压对电池的影响，包括正偏压和负偏压，测试后需追踪电池恢复情况。

 

本征稳定性测试（ISOS-I）：在惰性气氛中进行测试，区分本征和外在降解因素，有助于分析降解模式，测试时需注意湿度控制和封装情况的报告。

 

ISOS-I标准用于惰性气氛中的老化实验：

 

在惰性气氛中进行测试的具体标准

 

 

ISOS-D-2I：在65°C或85°C的惰性气氛中进行黑暗存储测试，评估PSCs在高温下的稳定性。

 

ISOS-V-2I：在65°C或85°C的惰性气氛中施加电偏置，研究电场对PSCs稳定性的影响。

 

ISOS-LC-3I：在65°C或85°C的惰性气氛中进行光-暗循环测试，模拟实际应用中的日夜循环，评估PSCs在这种条件下的性能变化。钙钛矿太阳能电池（PSCs）稳定性测试

 

PSCs在光照、温度和电偏置等条件下的性能变化

 

 

MPP 跟踪与 J-V 扫描对比：MPP跟踪和J-V扫描得到的效率曲线不完全一致，这表明在MPP条件下电池的性能可能与静态测量时有所不同。

 

光暗循环下的 PCE 变化：在光照条件下，PCE逐渐下降；而在黑暗中，PCE部分恢复。

 

连续与循环光照下的 PCE 演变：连续光照下PCE逐渐下降，而周期性光照条件下PCE的变化更为复杂。周期性光照可能模拟了实际应用中的日夜循环，显示出PSCs在这种条件下的性能变化与连续光照不同。

 

暗态下不同正向偏压对 PCE 的影响：施加正向偏置电压会导致PCE的快速下降，这表明电场会加速钙钛矿材料中的离子迁移和缺陷态的形成。

 

不同状态下的光 J-V 曲线：反向偏置会导致PCE的显著下降，但经过一段时间的MPP跟踪后，性能可以部分恢复。这表明反向偏置可能诱导了可逆的离子迁移和缺陷态变化，而MPP跟踪条件有助于部分恢复这些变化。钙钛矿太阳能电池稳定性研究清单

 

PSC稳定性研究报告中建议的检查清单

 

 

提出了详细的检查清单，确保在报告稳定性研究时提供足够的信息，包括初始表征、老化条件、测量方法、样本数量等。

 

稳定性评估指标：

 

用于评估PSC稳定性的可能性能指标

 

 

为钙钛矿太阳能电池的稳定性评估提供了一套标准化的性能指标，这些指标涵盖了从初始PCE下降到特定百分比的时间（如T80、TS80、T95、TS95），以及在特定周期内的能量输出（如η1000）。这些指标不仅考虑了PCE的动态变化，还考虑了恢复过程和循环应力条件下的性能变化。

 

不同PCE时间演变曲线及T80估计方法

 

 

PSC老化过程中的PCE变化曲线：展示了不同类型PSCs在连续光照下的PCE随时间的变化曲线。

 

图a：一个相对稳定的PSC，其PCE随时间缓慢下降。

 

图b：一个PSC在初始阶段（“烧入”阶段）PCE快速下降，随后进入一个相对稳定的阶段。

 

图c：一个PSC的PCE在老化过程中先增加后下降，这种非单调的行为可能与光诱导的性能提升和随后的降解有关。

 

图d：一个PSC在光照和黑暗循环条件下的PCE变化，表现出明显的可逆性，即在黑暗中PCE部分恢复。

 

T80 估算的常见方法：T80 是指 PCE 下降到初始值 80% 所需的时间，常作为评估太阳能电池稳定性的指标。ISOS标准的应用和展望

 

不同ISOS标准之间的关系

 

 

主要应力因素

 

大气环境：包括惰性气氛、环境湿度和环境空气，这些因素影响PSCs与外界环境（如氧气和水分）的相互作用。

 

温度：包括室温、固定高温和循环温度，这些条件模拟了PSCs在不同环境温度下的性能变化。

 

光照：包括有光照和无光照条件，光照可以加速PSCs的降解过程。

 

电偏置：包括有偏置和无偏置条件，电偏置可以模拟PSCs在实际工作中的电场环境，影响离子迁移和缺陷态的形成。

 

通过矩阵形式展示了不同标准之间的关系，强调了如何通过比较不同标准来理解各种应力因素对PSCs稳定性的影响。

 

基于ISOS标准的钙钛矿太阳能电池（PSCs）稳定性评估，为研究人员提供了一套全面且标准化的测试方法和性能指标。ISOS标准不仅为PSCs的稳定性测试提供了坚实的理论基础，还通过详细的实验设计、数据报告和分析框架，确保了研究结果的可比性和可靠性。美能温湿度综合环境试验箱

 

美能温湿度综合环境试验箱采用进口温度控制器，能够实现多段温度编程，具有高精确度和良好的可靠性，满足不同气候条件下的测试需求。

 

• 温度范围：20℃~+130℃

 

• 温湿度范围：10%RH~98%RH(at+20℃-+85℃）

 

满足试验标准：IEC61215、IEC61730、ISOS等检测标准

 

 

基于ISOS的标准化测试和评估方法，结合先进的实验设备如美能温湿度综合环境试验箱，将极大地促进钙钛矿太阳能电池技术的发展，加速其从实验室走向商业化应用的进程。

 

原文出处：Consensus statement for stability assessment and reporting for perovskite photovoltaics based on ISOS procedures   *特别声明：「美能光伏」公众号所发布的原创及转载文章，仅用于学术分享和传递光伏行业相关信息。未经授权，不得抄袭、篡改、引用、转载等侵犯本公众号相关权益的行为。内容仅供参考，若有侵权，请及时联系我司进行删除。