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钙钛矿风云又起?稳定性论成败

资讯 阅读:- 来源: 2021-05-11 14:10:37

      2009年,日本科学家Tsutomu Miyasaka首次用钙钛矿太阳能电池发电,光电转换效率仅为3.8%,经过十余年的发展,目前钙钛矿实验室转换效率的最高纪录已经达到25.5%,效率提升速度远高于其他的光伏电池技术。从当前来看,转换效率已经不是钙钛矿电池应用的限制因素,更为关键的在于其产业化产品的稳定性,这一点是决定钙钛矿技术产业化成败的关键。 

      众所周知,与晶硅组件的衰减机制不同,传统钙钛矿吸光材料在长期光照加热条件下结构极易被破坏,导致电池性能迅速衰减,所以稳定性也成为钙钛矿技术研发与量产过程中亟待解决的世界级难题。据先容,目前提高钙钛矿材料结构和组份本征光热的稳定性以及对电池进行封装是解决钙钛矿稳定性问题的主要手段。实际上,尽管目前参与钙钛矿技术研发与生产的企业与学术机构众多,但能够推出符合量产标准的钙钛矿组件并通过稳定性认证的却少之又少。 

      一般来说,对钙钛矿产品进行稳定性认证,需要考虑两个因素:认证标准和检测机构。由于最新的标准中尚未发布钙钛矿组件的认证标准,目前钙钛矿产品的认证暂时参照晶硅组件的认证标准。这意味着,以该标准得出的认证结果,基本代表着当前钙钛矿电池技术的产业化进度。 

      国际电工委员会(IEC) 61215标准中对光伏晶硅组件的认证测试主要分为以下几种:性能测试(Performance test)、环境箱老化测试(Chamber test)、电器安规测试(Electrical shock & Harzard tests)、机械应力测试(Machanical stress tests)、户外测试(Outdoor test)。 

      其中,性能测试包括最大功率点的测试、低辐照度下的性能、热斑耐久实验;环境箱老化测试包括光衰老化实验、冷热循环试验、湿冻测试试验、湿热测试试验、紫外老化试验;电器安规试验包括绝缘试验、湿漏电流试验、旁路二极管试验;机械应力试验包括引出端强度试验、机械载荷试验、冰雹试验。除此之外,IEC 61215标准中还包括了单项及序列测试,以用来评估组件在户外长期可靠性。 

      事实上,据了解,主攻钙钛矿技术的学术机构大部分测试结果均为单项测试,到目前为止,仅有纤纳光电公开披露了其钙钛矿产品通过第三方测试的稳定性报告,包括老化测试以及加严测试,在解决钙钛矿技术的稳定性问题方面获得了突破性的进展。 

      2019年,纤纳光电的钙钛矿组件通过了IEC 61215:2016标准中四项环境箱老化测试,分别为冷热循环测试、光衰老化测试、湿热老化测试和紫外老化测试,测试结果显示,组件老化后的转换效率均与初始值相当。这是全球首例符合IEC 61215标准的钙钛矿组件的产品认证,这意味着钙钛矿技术正式走出实验室,迈向市场,开启了新的征程。

 

      2021年初,纤纳的钙钛矿组件再次通过了IEC 61215:2016标准中三项环境箱老化测试的加严测试,分别为1000 h的光衰老化实验(在1个标准太阳光辐照度下,组件老化温度为70oC)、3000 h的湿热老化实验、100kWh紫外老化实验验,组件老化后的转换效率均与初始值相当。 

      此次由第三方权威认证机构德国VDE与泰尔实验室联合认证,该认证也是全球首例IEC 61215标准的钙钛矿组件产品认证。 

      实际上,上述两项认证结果代表着,纤纳光电的钙钛矿组件稳定性与其他已经商业化的技术基本相当,甚至远远超过了先前的稳定性预期。 

      不过也有行业专家提醒道,钙钛矿产品的认证暂时参照了IEC 61215:2016对晶硅光伏组件的认证标准。但这两种产品的吸光材料以及其它功能材料不同、温度系数也不同,因此在制订钙钛矿产品的测试标准时,需要根据电池性能特性及衰减机理设计突出最薄弱环节的稳定性,才能真正将钙钛矿组件应用到现实生活中。 

      “比如,钙钛矿组件的温度系数与晶硅组件不同,在测试前需要的稳定周期及组件预处理方式不同。钙钛矿组件厚度薄,在太阳光模拟光源下可以快速达到稳定状态,因此不需要按照晶硅组件测试标准对其进行预处理。另外,由于迟滞效应的影响,大多数钙钛矿组件的正反扫电性能有差距,在测试转化效率及组件功率时测试方法也会影响测试结果”。 

      以纤纳光电为代表的钙钛矿组件在稳定性方面屡获突破,但仍需通过更多的实地场景应用来检验钙钛矿光伏技术的商业化程度。目前,已经陆续有兆瓦级规模的中试线启动,钙钛矿叠层电池的研发也逐步进入正轨,但同时,在太阳能电池的江湖中,关于技术流派、效率纪录、检测认证等一系列的争议也在继续……无论怎样,被行业寄予厚望、号称能改变光伏行业进程的技术类型——钙钛矿技术正在大放光彩,为未来而战! 

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