應(yīng)用分享｜關(guān)于鈣鈦礦電池中PID測(cè)試的新研究

應(yīng)用背景 

該文章翻譯于Fraunhofer CSP和Diagnostics and Metrology Solar Cells division等機(jī)構(gòu)共同研究的工作。

電勢(shì)誘導(dǎo)衰減（PID效應(yīng)）普遍存在于晶體硅太陽能電池中，通常是由鈉離子產(chǎn)生分流效應(yīng)引起的，傳統(tǒng)太陽能電池已經(jīng)開發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)的PID測(cè)試條件。利用Freiburg Instruments開發(fā)的PIDcon設(shè)備，我們研究了標(biāo)準(zhǔn)化PID測(cè)試程序是否適用于各種結(jié)構(gòu)和成分的鈣鈦礦太陽能電池，結(jié)果發(fā)現(xiàn)盡管鈣鈦礦材料與硅基電池結(jié)構(gòu)有明顯差異，但PID測(cè)試結(jié)果顯示了它們對(duì)PID效應(yīng)的抗性能力，表明標(biāo)準(zhǔn)化PID測(cè)試對(duì)鈣鈦礦太陽能電池仍有檢測(cè)效果，這對(duì)于開發(fā)光伏（PV）模塊至關(guān)重要。

分析過程 

選用Fraunhofer ISE（樣本A）和Saule Technologies（樣本B）的兩組不同樣本，來解決標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試是否能預(yù)測(cè)鈣鈦礦模塊的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，它們的成分和結(jié)構(gòu)有很大差異，如圖1和圖2所示。

圖 1.示意圖顯示 (a) 鈣鈦礦-硅串聯(lián)模塊的各層（來自ISE），其中頂部電池為鈣鈦礦，底部電池由硅異質(zhì)結(jié)制成，(b) 模塊的封裝結(jié)構(gòu)，以及 (c) 模塊的實(shí)際圖片

圖 2.（a）鈣鈦礦模塊層示意圖（來自Saule），（b）模塊的實(shí)際圖片。

在本研究中，利用Freiburg Instruments開發(fā)的PIDcon Bifacial設(shè)備進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)PID測(cè)試，并使用Sinus 220 Wavelabs儀器對(duì)兩種模塊的電學(xué)特性進(jìn)行分析。表1列出了PIDcon Bifacial的技術(shù)規(guī)格，圖3顯示了測(cè)試順序。

圖3.測(cè)試序列圖。

數(shù)據(jù)分析 

我們?cè)u(píng)估了兩組樣品初始階段、PID測(cè)試1小時(shí)后和PID測(cè)試3小時(shí)后模塊的情況。這些值已根據(jù)樣品的Voc和Isc進(jìn)行歸一化處理。無論電壓偏置極性如何，在PID測(cè)試的一個(gè)小時(shí)后，電池的填充因子(FF)都會(huì)明顯上升。正PID測(cè)試在接下來的三個(gè)小時(shí)內(nèi)保持較高的FF水平，但負(fù)PID測(cè)試會(huì)略微降低FF值。PID測(cè)試之前，“F”類型的樣品平均FF為64.0%。PID測(cè)試后，FF略有下降，約為1.1%，Voc則增加約2.6%。PID測(cè)試后，“O”類型的樣品FF明顯增加，約為2.5%。

圖 4. (a) 正PID應(yīng)力(1kV, 60°C)下Pero-Si-Tandem模塊上的cell_4的J-V曲線，(b)負(fù)PID應(yīng)力(-1 kV, 60°C)下同一模塊上的cell_4的J-V曲線。在電壓偏置極性不同的PID測(cè)試之間，將樣品儲(chǔ)存在黑暗的氮?dú)夂兄?/strong>。

圖 5.兩個(gè)不同樣品 (a)“F”和 (b)“O”(樣品組B，不同的前體成分)在PID測(cè)試(1 kV、60°C、4小時(shí))之前和之后的J-V曲線。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論 

該實(shí)驗(yàn)表明，標(biāo)準(zhǔn)化PID測(cè)試可成功地應(yīng)用于鈣鈦礦太陽能電池的檢測(cè)，并揭示了對(duì)應(yīng)力條件對(duì)電池填充因子的一系列響應(yīng)。通過改變電壓偏置的極性可成功區(qū)分了溫度引起的效應(yīng)和電壓引起的效應(yīng)。這些發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)需要進(jìn)一步研究以優(yōu)化測(cè)試方法并減輕PSC中潛在的衰減機(jī)制。通過對(duì)鈣鈦礦太陽能電池進(jìn)行PID標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試可以不僅有助于評(píng)估電池的長(zhǎng)期可靠性、揭示性能衰減機(jī)制、優(yōu)化設(shè)計(jì)和封裝材料選擇，還能推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步并保障光伏系統(tǒng)的整體性能。