近幾年來，鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池憑借其寬光譜吸收、易突破Shockley-Queisser效率極限的優(yōu)勢而成為研究熱點。但鈣鈦礦材料的長期穩(wěn)定性仍然是一個重大挑戰(zhàn)。鈣鈦礦材料對環(huán)境條件（如濕度、氧氣和光照）非常敏感，容易發(fā)生降解。這會導致電池效率的快速下降，影響其實際應用。針對這一測試需求，「美能高溫高濕環(huán)境試驗箱」可模擬高溫、高濕，長期濕氣滲透環(huán)境，搭配「美能潛在電勢誘導衰減測試儀」，評估電池、組件發(fā)生PID衰減后的電性能是否符合標準，幫助用戶在提升電池、組件效率提供了有力支持。

鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池發(fā)展形勢

近幾年來，鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池商業(yè)化制造進程取得了前所未有的發(fā)展，其重要優(yōu)勢之一，就是可以跟高度成熟的商業(yè)化晶硅電池生產線進行集成制造。疊層電池由多個帶隙不同的子電池堆疊而成，寬帶隙頂電池與窄帶隙底電池分別吸收短波長與長波長的太陽光，能有效擴寬太陽能光譜利用范圍，提高太陽能電池光電轉換效率。

表.最新鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池2T、4T串聯(lián)結構效率記錄

*以上數(shù)據(jù)部分來源于NREL和馬丁格林太陽能電池效率表(第64版)

盡管2T、4T串聯(lián)結構顯示了超高的能量轉換效率，但是由于鈣鈦礦（PVK）材料本身固有的化學性質和器件結構，導致其穩(wěn)定性往往不如晶硅電池。

鈣鈦礦(PVK)穩(wěn)定性的外部影響因素

隨著水分、氧氣和光等環(huán)境因素的影響，鈣鈦礦材料的外部不穩(wěn)定性會對鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池產生負面效率影響。

鈣鈦礦/晶硅疊層電池外部不穩(wěn)定性的主要誘因和鈣鈦礦電池的降解機制

在實際的可靠性測試中發(fā)現(xiàn)，鈣鈦礦PVK的晶體結構對溫度、濕度和紫外線都保持高度敏感，這主要是由于不穩(wěn)定的有機陽離子的存在以及水、光和氧氣等外界因素引起的鈣鈦礦PVK材料的降解。

水分作為一種外在影響因素，一直被認為是影響鈣鈦礦穩(wěn)定性的最有害因素。鈣鈦礦的制備通常在惰性氣體保護的手套箱中進行，因為空氣中的水氧分子可以會加速鈣鈦礦材料的降解。同時，由于鈣鈦礦材料的離子特性，其可以相對容易地溶解在水等極性溶劑中。所以，鈣鈦礦材料有明顯的濕度不穩(wěn)定性。濕度不穩(wěn)定性可以通過封裝有效解決。然而，在鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池和組件制造過程中也會受到濕度的影響。

由于鈣鈦礦中的有機物質，例如PVK吸收層中的A位陽離子和有機電荷轉移材料（spiro-OMeTAD、PCBM 和 PEDOT:PSS）的降解，PSC的性能在高溫下會下降。因此，PVK 中的缺陷、界面特性和封裝技術都會影響 PSC 的熱穩(wěn)定性。在實際戶外應用過程中，要求太陽能電池可以在60℃以上的溫度下持續(xù)工作，因此鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池中鈣鈦礦材料的熱穩(wěn)定性對電池的長期穩(wěn)定性至關重要。

所以，在鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池商業(yè)化進場被迅速推動發(fā)展的過程中，需要著重關注產品的穩(wěn)定性測試，以驗證是否滿足商業(yè)化應用標準。

并且對于鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池而言，同時考慮晶硅子電池和鈣鈦礦子電池的不同退化機制和環(huán)境敏感因素是非常重要的，這就意味著，在實施可靠性測試的同時必須謹慎選擇合適的老化策略以充分研判電池的退化情況。

鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池穩(wěn)定性測試

截止今天，關于單結鈣鈦礦電池的不穩(wěn)定性測試已經有了大量的研究，但對于鈣鈦礦串聯(lián)電池的相關測試仍舊很少，并且通常只關注時間、溫度、濕度等部分外界影響因素，對于更深層次的，如濕熱、紫外光、電勢誘導衰減（PID）和機械載荷等實際測試場景的相關研究仍舊缺少關注。以晶硅太陽能電池的光伏器件可靠性測試標準（IEC61215標準和IEC61730標準）為例，分別從組件應用安全和使用壽命的角度出發(fā)，列出了測試手段以及測試組合序列，是所有可靠性測試中最為重要的兩類標準。

結合兩項標準以及上述鈣鈦礦（PVK）穩(wěn)定性的外部影響因素，可以預計，在針對鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池穩(wěn)定性測試中，濕-熱試驗和紫外耐久試驗是必不可少的測試環(huán)節(jié)。

在這兩項測試中，電池的電極將會產生電勢誘導衰減效應（Potential Induced Degradation，PID），并且由于疊層電池的串聯(lián)特性，器件的開路電壓通常接近鈣鈦礦電池和晶硅電池的開路電壓之和，這會導致更加嚴重的PID效應。所以了解疊層電池的PID作用機制和衰減效應也是重點研究方向。

美能高溫高濕環(huán)境試驗箱

光伏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。為模擬高溫高濕環(huán)境試驗，驗證評估組件或材料的可靠性，「美能高溫高濕環(huán)境試驗箱」ME-PV-DH9500由此誕生。

• 在(85±2)℃和(85±5)%RH的狀態(tài)下持續(xù)運行1000個小時的超高的運行穩(wěn)定性

• 內置循環(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

• 可依據(jù)工程人員的計劃進行高低溫交互試驗

可搭配潛在電勢誘導衰減測試儀，可更直觀觀測組件的性能

美能潛在電勢誘導衰減測試儀

聯(lián)系電話：400 008 6690

「美能潛在電勢誘導衰減測試儀」可與環(huán)境箱通訊，通過模擬實驗電池片、組件長期在惡劣環(huán)境（高溫、高濕、高鹽堿）下發(fā)生PID衰減后來評估組件的電性能是否能符合要求。

• 采用研華優(yōu)質的工控機，保證設備長期穩(wěn)定工作

• 高精度正反向切換直流電源

實時監(jiān)控電壓，泄漏電流，絕緣電阻曲線

對于鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池而言，鈣鈦礦材料的穩(wěn)定性是限制其工作壽命的重要因素，也是阻礙商業(yè)化進程的影響因素。為完善和細化穩(wěn)定性測量標準和流程，需要行業(yè)共同努力研究的目標，為提升太陽能電池效率指明方向。

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