Évaluation de la qualité Shangrou | Du laboratoire à l'application : explication détaillée du système de test de stabilité ISOS photovoltaïque à base de pérovskite (partie 2)

《Déclaration de consensus pour l'évaluation de la stabilité et le reporting des systèmes photovoltaïques à pérovskite basés sur ISOS

procédures》

À l’approche de 2020, sur la base des méthodes d’essai ISOS précédentes pour les matériaux et dispositifs photovoltaïques organiques, une déclaration consensuelle sur l’évaluation de la stabilité et la déclaration des dispositifs photovoltaïques à pérovskite a été établie. Dans cet article, les cinq types de tests d'origine sont conservés et trois nouveaux tests de conditions de contrainte sont ajoutés, à savoir ISOS-V (contrainte de polarisation électrique), ISOS-LC (test de cycle de lumière et d'obscurité), ISOS-I (test de performance intrinsèque)。

Figure 1. Nouveau programme de test ISOS

Les considérations relatives à l’application d’une contrainte de polarisation électrique découlent principalement des points suivants :

1. Habituellement, le composant est proche de l'état de point de puissance maximale pendant le fonctionnement réel (en étant polarisé en direct), mais après une perte soudaine des conditions de lumière, la batterie sera dans un état de tension en circuit ouvert. À cette fin, l'article recommande d'appliquer une tension égale à Vmpp ou Voc comme condition de polarisation électrique directe；

2. Pour les modules solaires ombragés, les cellules ombragées peuvent être forcées à fonctionner en appliquant une polarisation inverse pour correspondre au reste du module. Il s’agit de la condition de polarisation électrique inverse. suggestions d'articles, une polarisation négative constante peut être appliquée , telle que -Voc, est utilisée pour simuler la situation des composants avec des diodes de dérivation protégées, ou forcer le courant à atteindre -Jmpp est utilisé pour simuler la situation des composants sans diodes de dérivation protégées.

De plus, à mesure que le niveau des procédures de test augmente, il est également nécessaire de régler la température et l'humidité correspondantes.

Figure 2. Paramètres de la procédure de test de polarisation électrique

Il existe des rapports selon lesquels les cellules pérovskites peuvent subir une dégradation complète ou partiellement réversible dans un environnement sombre. Différentes conditions de stress des cycles lumière-obscurité et du photovieillissement en régime permanent (ISOS-L) montreront différents modes de dégradation.

Dans l'article précédent sur les tests de matériaux et d'appareils photovoltaïques organiques, il existe déjà des tests liés à l'alternance lumière et obscurité. ISOS-LT-2 et ISOS-LT-3, la méthode consiste à allumer l'éclairage pendant la phase de contrôle de l'humidité (la partie dépassant 40 ℃) et à éteindre l'éclairage pendant la phase lorsque l'humidité n'est pas contrôlée.。

Cependant, le temps de cycle unique de cette solution est court et la température existe toujours en tant que variable pendant la phase où l'éclairage est maintenu constant. Par conséquent, il ne convient pas à une recherche systématique sur l’impact de l’éclairage et ses changements dynamiques sur les performances de l’appareil, et convient davantage à une classification dans la catégorie des tests de cycle thermique d’ordre élevé.

À cette fin, l'article a révisé un ensemble de plans de test des cycles de lumière et d'obscurité pour les batteries à pérovskite : sur une période de cycle de 2, 8 ou 24 heures, le rapport (lumière : obscurité) est de 1 : 1 ou 1 : 2 pour les tests.

À mesure que le niveau de test augmente, des conditions de stress supplémentaires seront ajoutées. ISOS-LC-2 Une condition de température constante a été ajoutée pour explorer les effets de la lumière et de la chaleur . ISOS-LC-3 Des conditions de température et d'humidité constantes ont été ajoutées pour explorer les effets de la lumière, de l'humidité et de la chaleur.

Figure 3. Paramètres du programme de test des cycles de lumière et d'obscurité

Les tests de performances intrinsèques visent à explorer les performances de la cellule pérovskite et des matériaux d’emballage eux-mêmes. L'article divise les conditions de contrainte qui affectent les performances des composants en deux grandes catégories :

1. Facteurs intrinsèques (pertinents quel que soit le degré de conditionnement ou de protection de l'environnement de test) : lumière, température, polarisation électrique ;

2、Facteurs externes (contrôlés par l’interaction de la batterie avec des substances environnementales) : eau, oxygène.

L'influence de facteurs externes sur la stabilité dépend de la sensibilité de la batterie à l'eau et à l'air ainsi que de la stabilité du matériau d'emballage. Le matériau d'emballage sert de barrière pour protéger la batterie interne, et ses performances de barrière affecteront directement les performances finales du module. Avant de bien comprendre la dégradation du module, il est nécessaire de comprendre le mécanisme de stabilité et de dégradation du matériau d’emballage.

L'article suggère que le matériau d'emballage puisse être vieilli selon la même procédure de vieillissement pour tester ses propriétés barrières (eau, oxygène) avant et après vieillissement. Cette approche est la même que celle de la série de tests CEI 62788. À l’heure actuelle, aucune norme d’essai spécifique aux matériaux d’emballage des cellules pérovskites n’a été établie. Il est prévu qu'il soit amélioré à l'avenir.

Concernant la recherche sur les effets de stabilité des facteurs internes, la plupart des objets de test sont des composants packagés. Étant donné que les propriétés barrières des matériaux d'emballage sont inconnues après l'emballage (il n'est pas pratique de les décoller et de les tester), il n'est pas permis de distinguer le degré d'impact des facteurs internes et externes sur la stabilité de la batterie.

par conséquent, suggestions d'articles Stockez les cellules de pérovskite non encapsulées dans des gaz inertes (azote, argon, etc.) pour les tests de vieillissement , à part cela, le reste des conditions de test sont les mêmes que les procédures de l'ISOS. Ce type de test se distinguera par l'ajout d'un "I" à la fin du nom du test. La figure 4 répertorie les procédures recommandées pour les tests de performances inhérents au protocole.

Figure 4. Liste des programmes nécessitant des tests de stabilité inhérents

《Transition de Pérovskite Solaire

Technologies pour être flexibles》

Comparés aux composants rigides en pérovskite, les composants flexibles conviennent à une variété de scénarios d'application spéciaux en raison de leur taille flexible et de leur capacité de pliage. Cependant, cette caractéristique nécessite également que les composants flexibles aient de bonnes capacités de déformation mécanique, et leurs propriétés mécaniques telles que la résistance à la flexion affecteront directement la fiabilité et la stabilité à long terme du dispositif dans les applications pratiques.

Les tests de stabilité des cellules pérovskites dans le protocole ISOS existant se concentrent principalement sur l’étude de la stabilité de fonctionnement dans des environnements lumineux, thermiques et humides, tout en ignorant la stabilité mécanique. Les méthodes d'essai existantes pour les composants flexibles proviennent principalement de la CEI 61215 (ondulation) et de l'ICE 61646 (torsion). Ces méthodes peuvent tester la résistance inhérente à la flexion des composants flexibles, mais en raison de l'absence de conditions de contrainte supplémentaires (telles que la température, l'humidité, la polarisation électrique, la lumière, etc.), les résultats expérimentaux ne correspondent pas aux applications réelles.

Sur la base de ce contexte, LA Castriotta[3] et al. a proposé quatre procédures d'essai suggérées pour les propriétés de flexion des pérovskites flexibles, à savoir : ISOS-B (stabilité à la flexion), ISOS-M (cycle mécanique), ISOS-TM (flexion thermique à l'état sombre), ISOS-LM (flexion thermique à l'humidité légère).

Bien que ces tests n'aient pas encore été formellement intégrés dans les normes internationales pertinentes, ils constituent une solution réalisable pour tester les performances de flexion des composants flexibles, à savoir des tests de flexion complets multi-contraintes. Je pense que dans un avenir proche, les tests dans ce domaine continueront à être améliorés.

Figure 5. Procédure de test recommandée par LA Castriotta et al.

Références

[1] Matthew O. Reese, Suren A.Gevorgyan et al. Protocoles de test de stabilité consensuels pour les matériaux et dispositifs photovoltaïques organiques. Matériaux d'énergie solaire et cellules solaires. Volume 95, numéro 5, mai 2011, pages 1253-1267. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2011.01.036

[2] Khenkin, MV, Katz, EA, Abate, A. et al. Déclaration de consensus pour l'évaluation de la stabilité et le reporting des systèmes photovoltaïques à pérovskite basés sur les procédures ISOS. Énergie naturelle. volume 5. pages 35 à 49 (2020), 35 à 49 (2020). https://doi.org/10.1038/s41560-019-0529-5

[3] Luigi Angelo Castriotta, MD Aslam Uddin et al. Transition des technologies solaires pérovskites vers la flexibilité. Avancer les matériaux. Volume 37, numéro 8, 25 février 2025

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

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