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基于ISOS测试标准,两种封装方式对钙钛矿太阳能电池性能影响分析
日期:2025-01-03浏览量:60
钙钛矿太阳能电池(PSCs)极具潜力,但湿度和氧气会导致其性能快速下降,因此封装技术对提高其稳定性至关重要。文章研究了两种常见的封装策略:基于层压的玻璃-玻璃封装(COM)和基于胶水的封装(LAB),两种封装材料在ISOS-D1、D3、O3三种不同条件下进行测试,COM封装对于实现PSCs长期户外稳定性的重要性,而LAB封装则更适合短期应用。
钙钛矿太阳能电池(PSCs)堆叠和两种封装方法
PSC的结构示意图和封装样品的实物照片
钙钛矿太阳能电池的层状结构:从基底到顶层依次为:ITO(导电玻璃)、2PACz(自组装单层)、钙钛矿吸收层、C60(电子传输层)、SnO2(原子层沉积的空穴传输层)、Cu(金属电极)
LAB封装的横截面视图:钙钛矿太阳能电池顶部覆盖了一层薄薄的玻璃盖片,使用紫外线固化丙烯酸胶粘剂(UV胶)固定。从背面接触侧拍摄的LAB封装样本的照片,显示了胶粘剂和覆盖玻璃的存在。
COM封装的横截面视图:钙钛矿太阳能电池被夹在两层玻璃之间,使用聚烯烃(POE)薄膜作为封装材料,并且边缘使用了丁基橡胶边缘密封剂。从背面接触侧拍摄的COM封装样本的照片,展示了层压结构和边缘密封剂。
暗态存储稳定性测试(ISOS-D1)和湿热稳定性测试(ISOS-D3)
ISOS-D1:在21°C和30%相对湿度(RH)的条件下进行暗态存储测试。
ISOS-D3:在85°C和85%RH的条件下进行湿热(DH)测试,符合IEC 61215标准。
不同存储条件下,两种封装性能参数的变化
功率转换效率(PCE):LAB封装的钙钛矿电池在ISOS-D1条件下能保持超过93%的初始效率,而在ISOS-D3条件下迅速下降至零。COM封装的钙钛矿电池在ISOS-D3条件下通过了测试,效率在1566小时后平均保留了超过95%的初始效率。
短路电流密度(Jsc):LAB封装的钙钛矿电池在湿热条件下Jsc迅速下降,表明钙钛矿层的分解。COM封装的钙钛矿电池在湿热条件下Jsc保持相对稳定。
开路电压(Voc):LAB封装的钙钛矿电池在湿热条件下Voc迅速下降,而COM封装的钙钛矿电池在湿热条件下Voc保持相对稳定。
填充因子(FF):LAB封装的钙钛矿电池在湿热条件下FF迅速下降,而COM封装的钙钛矿电池在湿热条件下FF保持相对稳定。
LAB封装的PSCs在湿热条件下性能迅速下降的趋势,而COM封装的PSCs则显示出良好的稳定性和耐久性。
封装电池在不同环境中的稳定性表现
LAB封装的钙钛矿太阳能电池在不同老化条件下的外观变化
货架老化后的变化:
经过160小时后,钙钛矿太阳能电池的颜色从深棕色变为黄色。这种颜色变化可能是由于钙钛矿材料的分解。电池的效率在货架老化条件下下降,但不如湿热老化条件下迅速。
湿热老化后的变化:
经过160小时后,钙钛矿太阳能电池的后电极变得可见,这是由于钙钛矿吸收层的严重降解。电池的颜色变化更为明显,从深棕色变为黄色,这进一步表明了钙钛矿材料在湿热条件下的不稳定性。
LAB和COM封装户外稳定性测试
LAB封装和COM封装的钙钛矿太阳能电池的性能变化
LAB封装的钙钛矿电池在户外测试初期保持了较好的性能,但随着时间的推移,性能迅速下降,特别是其中一个样本在户外测试的第四个月出现了性能急剧下降。
COM封装的钙钛矿电池在整个10个月的测试期间保持了较高的性能比率,显示出优异的长期稳定性。
钙钛矿电池在不同季节的性能变化,尤其是在秋冬季节,由于柏林地区阳光较少但降水和湿度较高,对封装的性能提出了更大的挑战。直观地比较了LAB和COM封装方法在户外条件下的性能差异,强调了COM封装在长期户外稳定性方面的优势。
LAB、COM封装的特性总结
ISOS-D1(货架稳定性):两种封装都显示出良好的货架稳定性,超过1500小时没有损失。
ISOS-O3(户外稳定性):LAB封装的户外稳定性不一致,从几天到几个月不等,而COM封装显示出良好的户外稳定性,超过6个月没有损失。
ISOS-D3(湿热稳定性):LAB封装未能通过湿热测试,PCE在24小时后减半,而COM封装通过了湿热测试,超过1500小时,PCE保持在90%以上。
综合测试结果,在用途方面LAB封装适合样品运输和在手套箱外的短期测试;COM封装更适合原型验证,即使在户外环境中也需要长期稳定性,但需要最小化光学损失。
通过对比LAB和COM两种封装方法,结合ISOS稳定性测试,LAB封装以其简便性和对空气或温度敏感材料的适应性,为短期应用和实验提供了有效的解决方案。而COM封装则以其卓越的长期稳定性,为钙钛矿太阳能电池的户外应用和商业化铺平了道路。
ISOS测试标准为我们提供了一个标准化的框架,用以评估和比较不同封装策略的性能。这些测试结果不仅证实了COM封装在湿热和户外条件下的优越性,也揭示了LAB封装在短期稳定性方面的潜力。
美能温湿度综合环境试验箱采用进口温度控制器,能够实现多段温度编程,具有高精确度和良好的可靠性,满足不同气候条件下的测试需求。
温度范围:-50~150℃
湿度范围:20%-98%RH
采用进口温度控制器,实现多段温度编程,精度高,可靠性好
通过在美能综合环境试验箱中进行ISOS-D1、ISOS-D3和ISOS-O3测试,我们能够评估不同封装策略在控制湿度和温度条件下的性能,从而确保了测试结果的可靠性和重复性。这些测试不仅验证了COM封装在湿热和户外条件下的卓越稳定性,也展示了LAB封装在短期应用中的潜力。
原文出处:Encapsulation and Outdoor Testing of Perovskite Solar Cells: Comparing Industrially Relevant Process with a Simplified Lab Procedure