鈣鈦礦穩(wěn)定性眾說紛紜，極電光能“四位一體”解決方案已見成效
光伏產(chǎn)業(yè)網(wǎng)訊
發(fā)布日期：2024-06-06
核心提示：
2023年，極電光能1.2m×0.6m的鈣鈦礦組件產(chǎn)品通過了國(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)TUV-SUV的IEC61215、61730全套序列測(cè)試認(rèn)證。
IEC61215測(cè)試序列示意圖
IEC61730測(cè)試序列示意圖
極電光能1.2m×0.6m鈣鈦礦組件IEC認(rèn)證證書
為了進(jìn)一步驗(yàn)證產(chǎn)品穩(wěn)定性，企業(yè)還會(huì)展開更嚴(yán)格的“強(qiáng)化版IEC61215測(cè)試”，即對(duì)IEC61215中的關(guān)鍵測(cè)試項(xiàng)DH1000、TC200進(jìn)行加嚴(yán)測(cè)試，延長(zhǎng)兩個(gè)測(cè)試序列的測(cè)試時(shí)間和周期，這是晶硅光伏行業(yè)中產(chǎn)品性能測(cè)試的常用手段。極電光能對(duì)所產(chǎn)出的鈣鈦礦組件進(jìn)行了DH2000、TC400測(cè)試（即比IEC61215標(biāo)準(zhǔn)加嚴(yán)一倍）。
極電光能鈣鈦礦組件85℃/85RH%高溫高濕老化2004h衰減4.74%
極電光能鈣鈦礦組件-40℃/85℃溫度循環(huán)老化400次衰減1.46%
結(jié)果表明，極電光能生產(chǎn)的鈣鈦礦組件能夠通過上述加嚴(yán)測(cè)試，測(cè)試后功率衰退分別為4.74%和1.46%，均低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的≤5%的判定標(biāo)準(zhǔn)。
鈣鈦礦材料的特性決定了鈣鈦礦組件的衰減機(jī)制與晶硅組件不盡相同。首先，鈣鈦礦是一種離子晶體，本身“軟晶格”的屬性，使其在高溫、光照、紫外等外界環(huán)境條件的誘導(dǎo)下，易于發(fā)生離子遷移，甚至材料降解；其次在組件結(jié)構(gòu)中，鈣鈦礦膜層表面往往存在較多的缺陷，這些缺陷會(huì)導(dǎo)致與功能膜層之間的界面復(fù)合，從而影響組件的長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性。正因?yàn)殁}鈦礦組件有著特殊的衰減機(jī)制，除IEC標(biāo)準(zhǔn)外，采用更具針對(duì)性的老化測(cè)試項(xiàng)目，例如紫外老化測(cè)試和光熱聯(lián)合老化測(cè)試，對(duì)表征和提升鈣鈦礦組件的穩(wěn)定性十分關(guān)鍵。
因此，除通過IEC各項(xiàng)測(cè)試外，借鑒國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）制定的InternationalSummitonOrganicPhotovoltaicStability(ISOS)協(xié)議，參照ISOS-L條款進(jìn)行了“光熱聯(lián)合老化測(cè)試”，即在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽下（AM1.5光譜，輻照強(qiáng)度1KW/m2），同時(shí)附加60℃溫度，對(duì)鈣鈦礦組件進(jìn)行聯(lián)合加速老化。
極電光能鈣鈦礦組件在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽及60℃聯(lián)動(dòng)老化2304h無衰減
結(jié)果顯示，經(jīng)過2304小時(shí)的老化，組件功率沒有衰減。此外，內(nèi)部還對(duì)鈣鈦礦組件進(jìn)行了高劑量紫外輻照加速老化測(cè)試。
極電光能鈣鈦礦組件UV輻照104kWh衰減4.79%
經(jīng)104kWh的紫外輻照，組件功率衰減僅為4.79%。上述兩項(xiàng)光熱聯(lián)合老化以及紫外老化測(cè)試結(jié)果表明，極電光能鈣鈦礦組件產(chǎn)品可耐受高溫、高濕等苛刻環(huán)境條件，并且在戶外光、熱綜合環(huán)境作用下，同樣具有優(yōu)異的長(zhǎng)期穩(wěn)定性及可靠性。
戶外實(shí)證是對(duì)光伏產(chǎn)品進(jìn)行穩(wěn)定性與可靠性檢驗(yàn)的最直接手段。極電光能去年3月搭建了鈣鈦礦戶外實(shí)證電站，目前已運(yùn)行了13個(gè)月。運(yùn)行期間對(duì)組件功率進(jìn)行定期測(cè)試，結(jié)果顯示，組件功率沒有衰減，反而略有提升。
極電光能鈣鈦礦組件戶外電站運(yùn)行13個(gè)月無衰減
鈣鈦礦組件壽命到底能不能達(dá)到25年或者更長(zhǎng)？實(shí)際上，學(xué)界已有很多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的為這一問題做出了解答。比如，2022年，Science上發(fā)表了一篇關(guān)于鈣鈦礦電池穩(wěn)定性的文章（Z.Zhaoetal,Science,10.1126/science.abn5679(2022）。作者通過界面鈍化等手段提升鈣鈦礦太陽電池的穩(wěn)定性，并對(duì)鈣鈦礦太陽電池在35-110°C、65%相對(duì)濕度、1200W/m2的輻照下（1.2sun/35-110°C/65%RH）進(jìn)行加速老化。結(jié)果顯示，當(dāng)溫度為35°C時(shí)，老化3531小時(shí)后無任何衰退；隨著老化溫度的升高，可以觀察到電池效率的衰減，溫度越高衰減越快。當(dāng)溫度為110°C時(shí)老化2100小時(shí)，效率衰退20%（如下圖所示）。下圖同時(shí)展示了不同老化溫度下，功率保持80%的時(shí)間（T80壽命）。
文獻(xiàn)報(bào)道的鈣鈦礦太陽電池在光/濕/熱聯(lián)合作用下的衰減曲線和T80壽命
根據(jù)上述數(shù)據(jù)，可以推算出鈣鈦礦組件在戶外實(shí)際應(yīng)用時(shí)的壽命。在喀什地區(qū)光伏組件在戶外電站上全年的工作溫度（即有光照時(shí)段的組件溫度）在0-45°C之間，絕大部分在35°C以下。考慮到喀什地區(qū)年輻照量約為1850kWh/m2，那么可以推算出，鈣鈦礦電池如果全年工作在35°C，其T80=51,000小時(shí)，相當(dāng)于51000×1.2/1800=33年壽命。由此可見，大面積鈣鈦礦組件產(chǎn)品壽命達(dá)到甚至超過25年是可以實(shí)現(xiàn)的。
為持續(xù)提升鈣鈦礦組件穩(wěn)定性，極電光能開發(fā)了“四位一體”的穩(wěn)定性成套解決方案。首先通過調(diào)控鈣鈦礦結(jié)晶過程和添加劑/鈍化劑，降低材料中的缺陷密度、抑制光熱作用下Pb-I鍵的破壞、錨定易遷移的離子，從而有效降低可遷移離子數(shù)量并阻止離子遷移；其次，通過開發(fā)能級(jí)更匹配的功能層以及界面緩沖層材料，抑制界面缺陷及復(fù)合，進(jìn)一步阻止離子的遷移，尤其是杜絕離子跨膜層遷移；再次，開發(fā)了功能膜層無損沉積技術(shù)，做到在鈣鈦礦膜層上制備其它膜層時(shí)，不對(duì)下面的各膜層造成損害；最后開發(fā)激光修復(fù)技術(shù)，鈍化激光劃刻熱效應(yīng)形成的新缺陷。上述四項(xiàng)技術(shù)綜合應(yīng)用，有效提升了組件的長(zhǎng)期穩(wěn)定性與可靠性。
綜上，極電光能通過不斷地技術(shù)進(jìn)步，使得組件的穩(wěn)定性持續(xù)提升。同時(shí)，搭建了基于IEC標(biāo)準(zhǔn)、ISOS標(biāo)準(zhǔn)、及戶外實(shí)證等“三維一體”的長(zhǎng)期穩(wěn)定性測(cè)試驗(yàn)證體系，為鈣鈦礦組件的商業(yè)化展開了大量開拓性工作。
作為一家致力于鈣鈦礦技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的高科技企業(yè)，極電光能一直注重技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，持續(xù)推進(jìn)科技成果的轉(zhuǎn)化應(yīng)用。未來將繼續(xù)秉持“奮斗、創(chuàng)新、共贏”的核心價(jià)值理念，持續(xù)加強(qiáng)產(chǎn)品力打造，以更優(yōu)質(zhì)的鈣鈦礦光伏產(chǎn)品助推能源的可持續(xù)發(fā)展。