應用分享｜關於鈣鈦礦電池中PID測試的新研究

應用背景 

該文章翻譯於(yu) Fraunhofer CSP和Diagnostics and Metrology Solar Cells division等機構共同研究的工作。

電勢誘導衰減（PID效應）普遍存在於(yu) 晶體(ti) 矽太陽能電池中，通常是由鈉離子產(chan) 生分流效應引起的，傳(chuan) 統太陽能電池已經開發出標準的PID測試條件。利用Freiburg Instruments開發的PIDcon設備，我們(men) 研究了標準化PID測試程序是否適用於(yu) 各種結構和成分的鈣鈦礦太陽能電池，結果發現盡管鈣鈦礦材料與(yu) 矽基電池結構有明顯差異，但PID測試結果顯示了它們(men) 對PID效應的抗性能力，表明標準化PID測試對鈣鈦礦太陽能電池仍有檢測效果，這對於(yu) 開發光伏（PV）模塊至關(guan) 重要。

分析過程 

選用Fraunhofer ISE（樣本A）和Saule Technologies（樣本B）的兩(liang) 組不同樣本，來解決(jue) 標準化測試是否能預測鈣鈦礦模塊的長期穩定性，它們(men) 的成分和結構有很大差異，如圖1和圖2所示。

圖 1.示意圖顯示 (a) 鈣鈦礦-矽串聯模塊的各層（來自ISE），其中頂部電池為(wei) 鈣鈦礦，底部電池由矽異質結製成，(b) 模塊的封裝結構，以及 (c) 模塊的實際圖片

圖 2.（a）鈣鈦礦模塊層示意圖（來自Saule），（b）模塊的實際圖片。

在本研究中，利用Freiburg Instruments開發的PIDcon Bifacial設備進行標準PID測試，並使用Sinus 220 Wavelabs儀(yi) 器對兩(liang) 種模塊的電學特性進行分析。表1列出了PIDcon Bifacial的技術規格，圖3顯示了測試順序。

圖3.測試序列圖。

數據分析 

我們(men) 評估了兩(liang) 組樣品初始階段、PID測試1小時後和PID測試3小時後模塊的情況。這些值已根據樣品的Voc和Isc進行歸一化處理。無論電壓偏置極性如何，在PID測試的一個(ge) 小時後，電池的填充因子(FF)都會(hui) 明顯上升。正PID測試在接下來的三個(ge) 小時內(nei) 保持較高的FF水平，但負PID測試會(hui) 略微降低FF值。PID測試之前，“F"類型的樣品平均FF為(wei) 64.0%。PID測試後，FF略有下降，約為(wei) 1.1%，Voc則增加約2.6%。PID測試後，“O"類型的樣品FF明顯增加，約為(wei) 2.5%。

圖 4. (a) 正PID應力(1kV, 60°C)下Pero-Si-Tandem模塊上的cell_4的J-V曲線，(b)負PID應力(-1 kV, 60°C)下同一模塊上的cell_4的J-V曲線。在電壓偏置極性不同的PID測試之間，將樣品儲(chu) 存在黑暗的氮氣盒中。

圖 5.兩(liang) 個(ge) 不同樣品 (a)“F"和 (b)“O"(樣品組B，不同的前體(ti) 成分)在PID測試(1 kV、60°C、4小時)之前和之後的J-V曲線。

實驗結論 

該實驗表明，標準化PID測試可成功地應用於(yu) 鈣鈦礦太陽能電池的檢測，並揭示了對應力條件對電池填充因子的一係列響應。通過改變電壓偏置的極性可成功區分了溫度引起的效應和電壓引起的效應。這些發現強調需要進一步研究以優(you) 化測試方法並減輕PSC中潛在的衰減機製。通過對鈣鈦礦太陽能電池進行PID標準化測試可以不僅(jin) 有助於(yu) 評估電池的長期可靠性、揭示性能衰減機製、優(you) 化設計和封裝材料選擇，還能推動技術進步並保障光伏係統的整體(ti) 性能。