Перовскитные солнечные элементы (ЧОП) достигли эффективности преобразования энергии (ПСЕ) до26,95%В стандартных условиях испытаний (СТЦ). В настоящее время фокус исследований сместился с повышения эффективности наповышение масштабируемости и стабильности. Основываясь на данных о четырёхлетних наблюдениях на открытом воздухе в Берлине, это исследование выявляет значительные сезонные колебания производительности ЧОП:стабильные показатели летом, но существенное снижение зимой (до 30%)Это явление объясняется совокупным воздействием множества факторов, включая спектральные вариации, температурные коэффициенты, потери МППТ и эффекты метастабильности. Тестирование с отслеживанием точки максимальной мощности (МППТ) позволяет проводить климатически-характеризованные испытания для точной количественной оценки влияния динамики метастабильности.
Экспериментальный дизайн
В Берлине (умеренный климатический пояс с низким уровнем радиации)стеклянно-стеклянная инкапсулированная ячейка на основе перовскита(структура: ИТО | 2PACz | Cs₀.₁₅ ФА₀.₈₅ PbI₂.₅₅ Бр₀.₄₅ | C₆₀ | SnO₂ | Cu, ширина запрещенной зоны 1,65 эВ) подвергали воздействию4-летний эксперимент по воздействию на открытом воздухе
Система сбора данных регистрировала спектральные, температурные и данные об освещенности каждый5 минут, рассчитали среднесуточный ПСЕ и периодически повторно тестировали клетки в условиях СТЦ в помещении.
Обзор результатов наружных исследований
Летние пики ПСЕ: Отсутствие ухудшения в 1–2 годы; совокупное снижение ≈2% к 4 году.
Зимние кормушки ПСЕ: Ужена 30% ниже в первую зиму, при этом совокупное зимнее снижение составило ≈40% за четыре года.
Данные СТЦ в помещении: Линейная деградация 6%/год, но под влиянием сезонных факторов деградация наружного воздуха от лета к лету составила всего 3%/год, в то время как деградация от зимы к зиме достигла9%/год.
Сезонные факторы влияния
1. Спектральные вариации
Спектральные условия являются критическим фактором, влияющим на характеристики ЧОП. Спектры на открытом воздухе меняются в зависимости от сезона и атмосферных условий, а ЧОП более чувствительны к спектральным изменениям из-за своего узкого спектрального диапазона чувствительности (≈300–800 нм). В данном исследовании количественно оценивалось обогащение спектров синим и красным светом с помощьюСредняя энергия фотона (Обезьяна)Результаты показали, что летние спектры обогащены синим светом, а зимние спектры обогащены красным светом, что приводит ктекущая разница до 10%при одинаковых уровнях облученности.
2. Температурный коэффициент
Температурный коэффициент (γ) ПСК обычно отрицателен, что указывает на снижение производительности с повышением температуры. Однако по мере старения ячеек температурный коэффициент коэффициента заполнения (ФФ) становится положительным, что приводит клучшая производительность старых ПСК в условиях высоких летних температур. Это резко контрастирует с традиционными фотоэлектрическими технологиями (например, кремниевыми солнечными элементами).
3. Гистерезис СП и потеря отслеживания МППТ
Гистерезис СП — распространённое явление в ЧОП, влияющее на точность отслеживания точки максимальной мощности (МПП). Эксперименты показали, что гистерезис значительно увеличивается при старении и в условиях низких температур, что снижает качество отслеживания точки максимальной мощности (МППТ).5°C, колебания напряжения слежения МППТ превысили 35%, что приводит к значительным потерям энергии. Этот эффект особенно заметен зимой, снижая выработку энергии ПСК.
4. Эффекты метастабильности перовскита
Метастабильность, обусловленная эффектом светового насыщения (ЛФБ), является ключевым отличием перовскитов от традиционных фотоэлектрических элементов. Эксперименты показали, что новые элементы достигают светового насыщения в течение нескольких минут, тогда как старые элементы требуютболее 72 часов непрерывного освещенияк насыщению. Кроме того, температура существенно влияет на ЛФБ. При низких зимних температурах и условиях освещённости ЛФБ остаётся ненасыщенным, что приводит к недостаточному усилению напряжения и снижению производительности. Этот эффект является основным фактором, влияющим на сезонную производительность ЧОП.
Величина сезонных колебаний в перовскитных солнечных элементах зависит от климата и характеристик устройства. По сравнению с Берлином, регионы, расположенные ближе к экватору, демонстрируют меньшие спектральные изменения, что снижает различия в токе, вызванные спектральными сдвигами. Кроме того, низкотемпературные потери могут быть снижены в более тёплом климате. Однако потери МППТ при старении и низких температурах могут увеличиться в более тёплом климате. Метастабильность остаётся ключевым фактором сезонной производительности, особенно в условиях низких зимних температур и освещённости, когда ненасыщенность ЛФБ приводит к снижению производительности.
Ключевые выводыСезонные колебания существенно влияют на производительность перовскитных солнечных элементов: зимой эффективность снижается до 30% из-за спектральных сдвигов, температурных эффектов, потерь в процессе МППТ и метастабильности. Испытания МППТ имеют решающее значение для количественной оценки этих эффектов и оптимизации стабильности.
