鈣鈦礦太陽能電池因其高效率和低成本在光伏行業(yè)廣受關(guān)注，尤其在極端高溫高濕環(huán)境下的穩(wěn)定性是關(guān)鍵挑戰(zhàn)。為此，通過研究創(chuàng)新的二維/三維結(jié)構(gòu)并優(yōu)化界面工程和封裝技術(shù)，提高電池的耐環(huán)境性能。美能濕熱環(huán)境試驗箱設備能在85℃和85%RH條件下連續(xù)運行1000小時以上，通過高溫實驗確保組件穩(wěn)定性。本期美能光伏將對鈣鈦礦太陽能電池的濕熱穩(wěn)定性進行討論。

提升鈣鈦礦太陽能電池在濕熱條件下的穩(wěn)定性的措施

二維鈣鈦礦薄膜的形態(tài)特性

通過結(jié)合二維和三維鈣鈦礦結(jié)構(gòu)來提高電池的濕熱穩(wěn)定性。二維鈣鈦礦層作為表面保護層，能有效阻隔水分和氧氣，減少這些因素對三維鈣鈦礦活性層的負面影響。這種二維層通常是通過在三維鈣鈦礦層上施加一層或多層有機-無機雜化材料來實現(xiàn)的，這些材料具有較大的有機陽離子，能形成穩(wěn)定的屏障。

鈣鈦礦薄膜的形態(tài)特性，不同的放大倍數(shù)下，鈣鈦礦膜的二維和非二維鈣鈦礦鈍化的俯視圖SEM圖像對鈣鈦礦材料自身的改性，以提高其在高濕度和高溫環(huán)境下的化學穩(wěn)定性。這包括選擇穩(wěn)定性更好的鈣鈦礦組成，例如引入具有較高穩(wěn)定性的離子（如銫）來取代部分不穩(wěn)定的有機組分。此外，通過控制晶體結(jié)構(gòu)中的缺陷密度，優(yōu)化晶體生長條件，也能顯著提升材料的整體穩(wěn)定性。

濕熱穩(wěn)定性測試

在 >1000小時后成功通過濕熱(IEC61215:2016)測試的電池效率損失于5%

在濕熱穩(wěn)定性測試中，研究人員將封裝的太陽能電池在恒定的溫度和濕度條件下（85°C/85% RH）放置在環(huán)境測試箱中超過1000小時。在設備冷卻約30分鐘后，使用氮氣填充的手套箱對封裝的設備進行定期測量。在后續(xù)測試中，研究人員在C60上依次沉積了約10納米厚的四氧化錫層和80納米厚的氧化銦鋅層，以取代BCP層。在標準AM1.5照射（100 mW/cm2）和環(huán)境溫度約40°C的條件下進行的操作穩(wěn)定性測試中，電池通過最大功率點追蹤（MPPT）自動調(diào)節(jié)電壓，持續(xù)監(jiān)控電池的功率輸出。詳細的數(shù)據(jù)分析表明，盡管長時間暴露于極端環(huán)境，電池的性能退化非常有限，效率損失不超過5%。這一結(jié)果不僅證明了采用的材料和工藝在增強鈣鈦礦太陽能電池濕熱穩(wěn)定性方面的有效性，也指出了鈣鈦礦電池在商業(yè)應用中應對環(huán)境挑戰(zhàn)的潛力。

鈣鈦礦太陽能電池可以吸收熱量

鈣鈦礦組件結(jié)構(gòu)

根據(jù)研究表明顯示通過用油碘化銨 [(C18H35)NH3]I 溶液處理薄膜并修改制造過程中的熱處理以改變鈣鈦礦晶體的表面結(jié)構(gòu)，提高了鈣鈦礦電池的熱穩(wěn)定性（見圖）。這種處理產(chǎn)生了層狀表面結(jié)構(gòu)，導致每個微觀鈣鈦礦顆粒鈍化，鈍化是指消除可能成為電子缺陷的末端結(jié)合物質(zhì)這種轉(zhuǎn)變已被證明可以提高性能和穩(wěn)定性的各個方面 。層狀鈣鈦礦材料處于材料科學研究的前沿，包括太陽能電池板，半導體等。從微觀上講，層狀鈣鈦礦由交替的鹵化鉛八面體和自組裝分子組成，這些分子通常太大而無法形成三維鈣鈦礦晶格。這些層可以形成各種晶體結(jié)構(gòu)，具體取決于一層的八面體與相鄰層的八面體的排列方式。

實驗最后經(jīng)過反復驗證得出24% 效率的鈣鈦礦太陽能電池在濕熱測試下保持穩(wěn)定且未經(jīng)退火處理的薄膜在鈣鈦礦在過程中具有可重復性。

美能濕熱環(huán)境試驗箱

太陽能組件應用過程中會經(jīng)受各種嚴酷天氣的考驗。其中組件承受高溫、高濕，長期濕氣滲透的能力等各項性能需要評估。濕熱環(huán)境模擬試驗，為了驗證評估組件或材料的可靠性，并通過熱疲勞誘導失效模式，早期識別制造缺陷。

滿足標準: IEC61215-MQT13；IEC61730-MST53

?在85℃和85%RH的狀態(tài)下持續(xù)運行1000個小時以上需要超高的穩(wěn)定性，無論在制造工藝上還是電子設備可靠性上都十分優(yōu)質(zhì)。

?內(nèi)置循環(huán)風道以及長軸通風機，進行有效的熱交換，環(huán)境箱內(nèi)部溫度均勻穩(wěn)定

?采用進口溫度控制器，實現(xiàn)多段溫度編程，精度高，可靠性好

?可以在持續(xù)的高溫高濕環(huán)境下運行，也可依據(jù)工程人員的計劃進行高溫實驗

?搭配潛在電勢誘導衰減測試儀，可更直觀觀測組件的性能

本文深入探討了鈣鈦礦太陽能電池在極端濕熱條件下的穩(wěn)定性和性能，特別強調(diào)了通過創(chuàng)新的二維/三維結(jié)構(gòu)、界面工程優(yōu)化，以及封裝技術(shù)的改進，顯著提升了太陽能電池組件的環(huán)境耐受性。使用美能光伏的濕熱環(huán)境試驗箱進行的測試結(jié)果證實了這些技術(shù)的有效性，顯示了電池在極端條件下的優(yōu)異表現(xiàn)和可靠性。這些研究成果不僅證明了鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)的實用性，也為其在未來光伏應用中的廣泛部署提供了堅實的科學基礎。美能光伏繼續(xù)致力于推動這一領(lǐng)域的技術(shù)進步，為全球能源的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。