Le celle solari a perovskite (PSC) hanno raggiunto un'efficienza di conversione di potenza (PCE) fino a26,95%in condizioni di prova standard (STC). L'attuale attenzione della ricerca si è spostata dal miglioramento dell'efficienza amiglioramento della scalabilità e della stabilitàSulla base di quattro anni di dati raccolti all'aperto a Berlino, questo studio rivela significative fluttuazioni stagionali nelle prestazioni dei PSC:prestazioni stabili in estate ma un calo sostanziale in inverno (fino al 30%)Questo fenomeno è attribuito all'effetto combinato di molteplici fattori, tra cui variazioni spettrali, coefficienti di temperatura, perdite MPPT ed effetti di metastabilità. I test MPPT (Maximum Power Point Tracking) consentono di effettuare test caratterizzati dal clima per quantificare accuratamente l'impatto delle dinamiche di metastabilità.
Progettazione sperimentale
A Berlino (zona climatica temperata a bassa irradiazione), uncella a perovskite con pin incapsulato vetro-vetro(struttura: ITO | 2PACz | Cs₀.₁₅ FA₀.₈₅ PbI₂.₅₅ Br₀.₄₅ | C₆₀ | SnO₂ | Cu, bandgap 1,65 eV) è stato sottoposto a unEsperimento di esposizione all'aperto di 4 anni
Il sistema di acquisizione dati ha registrato dati spettrali, di temperatura e di irradianza ogni5 minuti, ha calcolato il PCE medio giornaliero e ha ritestato periodicamente le celle in condizioni STC interne.
Panoramica dei risultati all'aperto
Picchi estivi del PCE: Nessun degrado negli anni 1-2; declino cumulativo di circa il 2% entro l'anno 4.
Minime invernali del PCE: Già30% in meno nel primo inverno, con un calo cumulativo da inverno a inverno di circa il 40% in quattro anni.
Dati STC interni: Degrado lineare del 6%/anno, ma influenzato da fattori stagionali, il degrado estivo-estivo all'aperto era solo del 3%/anno, mentre il degrado invernale-invernale ha raggiunto9%/anno.
Fattori di influenza stagionale
1. Variazioni spettrali
Le condizioni spettrali sono un fattore critico che influenza le prestazioni delle PSC. Gli spettri all'aperto variano a seconda delle stagioni e delle condizioni atmosferiche e le PSC sono più sensibili alle variazioni spettrali a causa del loro ristretto intervallo di risposta spettrale (≈300–800 nm). Questo studio ha quantificato l'arricchimento degli spettri in luce blu e rossa utilizzandoEnergia media dei fotoni (APE)I risultati hanno mostrato che gli spettri estivi sono arricchiti di luce blu, mentre gli spettri invernali sono arricchiti di luce rossa, portando a undifferenza attuale fino al 10%sotto identici livelli di irradiazione.
2. Coefficiente di temperatura
Il coefficiente di temperatura (γ) delle PSC è tipicamente negativo, il che indica che le prestazioni diminuiscono all'aumentare della temperatura. Tuttavia, con l'invecchiamento delle celle, il coefficiente di temperatura del fattore di riempimento (FF) diventa positivo, con conseguentemigliori prestazioni dei PSC invecchiati alle alte temperature estiveCiò contrasta nettamente con le tecnologie fotovoltaiche tradizionali (ad esempio, le celle solari al silicio).
3. Isteresi JV e perdita di inseguimento MPPT
L'isteresi JV è un fenomeno comune nei PSC che influisce sulla precisione dell'inseguimento del punto di massima potenza (MPP). Gli esperimenti hanno dimostrato che l'isteresi aumenta significativamente con l'invecchiamento e le basse temperature, riducendo la qualità dell'inseguimento MPPT.5°C, la fluttuazione della tensione di inseguimento MPPT ha superato il 35%, con conseguente significativa perdita di energia. Questo effetto è particolarmente evidente in inverno, riducendo la produzione energetica delle PSC.
4. Effetti della metastabilità della perovskite
La metastabilità causata dall'effetto di assorbimento della luce (LSE) è una caratteristica distintiva fondamentale delle perovskiti rispetto al fotovoltaico tradizionale. Gli esperimenti hanno dimostrato che le celle nuove raggiungono la saturazione luminosa in pochi minuti, mentre le celle più vecchie richiedonooltre 72 ore di illuminazione continuasaturazione. Inoltre, la temperatura influenza significativamente l'LSE. In condizioni invernali di basse temperature e scarsa luminosità, l'LSE rimane insaturo, con conseguente guadagno di tensione insufficiente e degrado delle prestazioni. Questo effetto è un fattore primario nelle prestazioni stagionali dei PSC.
L'entità delle variazioni stagionali nelle celle solari a perovskite dipende dal clima e dalle caratteristiche del dispositivo. Rispetto a Berlino, le regioni più vicine all'equatore presentano variazioni spettrali minori, riducendo le differenze di corrente causate dalle variazioni spettrali. Inoltre, le perdite a bassa temperatura possono essere ridotte nei climi più caldi. Tuttavia, le perdite MPPT dovute all'invecchiamento e alle basse temperature possono intensificarsi nei climi più caldi. La metastabilità rimane un fattore chiave per le prestazioni stagionali, soprattutto in condizioni invernali con basse temperature e luce, dove la non saturazione dell'LSE porta a un degrado delle prestazioni.
Punti chiave: Le variazioni stagionali influiscono significativamente sulle prestazioni delle celle solari a perovskite, con cali di efficienza invernali fino al 30% dovuti a variazioni spettrali, effetti della temperatura, perdite MPPT e metastabilità. I test MPPT sono fondamentali per quantificare questi effetti e ottimizzare la stabilità.
