鈣鈦礦太陽能電池的濕熱穩定性與效率優化

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

提升鈣鈦礦太陽能電池在濕熱條件下的穩定性的措施

二維鈣鈦礦薄膜的形態特性

通過結合二維和三維鈣鈦礦結構來提高電池的濕熱穩定性。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的，這些材料具有較大的有機陽離子，能形成穩定的屏障。

鈣鈦礦薄膜的形態特性，不同的放大倍數下，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境下的化學穩定性。這包括選擇穩定性更好的鈣鈦礦組成，例如引入具有較高穩定性的離子（如銫）來取代部分不穩定的有機組分。此外，通過控制晶體結構中的缺陷密度，優化晶體生長條件，也能顯著提升材料的整體穩定性。

濕熱穩定性測試

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）和環境溫度約40°C的條件下進行的操作穩定性測試中，電池通過最大功率點追蹤（MPPT）自動調節電壓，持續監控電池的功率輸出。詳細的數據分析表明，盡管長時間暴露于極端環境，電池的性能退化非常有限，效率損失不超過5%。這一結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定性方面的有效性，也指出了鈣鈦礦電池在商業應用中應對環境挑戰的潛力。

鈣鈦礦太陽能電池可以吸收熱量

鈣鈦礦組件結構

根據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構，提高了鈣鈦礦電池的熱穩定性（見圖）。這種處理產生了層狀表面結構，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合物質這種轉變已被證明可以提高性能和穩定性的各個方面 。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構，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定且未經退火處理的薄膜在鈣鈦礦在過程中具有可重復性。

美能濕熱環境試驗箱

太陽能組件應用過程中會經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的狀態下持續運行1000個小時以上需要超高的穩定性，無論在制造工藝上還是電子設備可靠性上都十分優質。

?內置循環風道以及長軸通風機，進行有效的熱交換，環境箱內部溫度均勻穩定

?采用進口溫度控制器，實現多段溫度編程，精度高，可靠性好

?可以在持續的高溫高濕環境下運行，也可依據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定性和性能，特別強調了通過創新的二維/三維結構、界面工程優化，以及封裝技術的改進，顯著提升了太陽能電池組件的環境耐受性。使用美能光伏的濕熱環境試驗箱進行的測試結果證實了這些技術的有效性，顯示了電池在極端條件下的優異表現和可靠性。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。美能光伏繼續致力于推動這一領域的技術進步，為全球能源的可持續發展做出貢獻。