【重點摘要】

由國家可再生能源實驗室(NREL)的研究團隊發(fā)表如何從校準(zhǔn)實驗室的角度來衡量鈣鈦礦基單片多接面太陽能電池的性能。

• 對鈣鈦礦多接面太陽能電池進行精確的標(biāo)準(zhǔn)測試條件（STC）測量至關(guān)重要，但具有挑戰(zhàn)性。

• 提出了優(yōu)化的測量方法，能夠?qū)崿F(xiàn)精確的性能特征化。

• 標(biāo)準(zhǔn)化、與生產(chǎn)相關(guān)的量化協(xié)議持續(xù)進步是實現(xiàn)商業(yè)可行性的關(guān)鍵。

【研究背景】

鈣鈦礦多接面太陽能電池（PVSK MJs）在與硅能源電池結(jié)合時已經(jīng)取得了顯著的功率轉(zhuǎn)換效率提升，效率超過30％。這些高效率是在標(biāo)準(zhǔn)測試條件（STC）下報告的，以便進行比較。準(zhǔn)確的多接面太陽能電池在STC下的性能測量至關(guān)重要，但比單接面器件更加復(fù)雜，需要進行光譜模擬并限制每個子電池。需要謹(jǐn)慎的方法，因為快捷方式可能導(dǎo)致誤導(dǎo)性的效率評級。

【研究結(jié)果】

• 提出的鈣鈦礦多接面太陽能電池的優(yōu)化測量方法能夠在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下準(zhǔn)確地表征電流-電壓曲線和效率評級。

• 通過調(diào)整模擬光譜和平衡每個子電池的電流，可以避免與快捷方法相比的誤導(dǎo)性能評級。

• 正在開發(fā)的高通量測量程序展示了減少測試時間一個數(shù)量級而不影響準(zhǔn)確性。

• 進一步改進加速測試協(xié)議并在研究團隊間標(biāo)準(zhǔn)化方法可以促進持續(xù)的效率提升。

• 在標(biāo)準(zhǔn)條件下準(zhǔn)確評估效率仍然對評估新型多接面結(jié)構(gòu)中的損失機制至關(guān)重要。

【研究方法】

• 準(zhǔn)確測量PVSK MJ性能需要具有光譜可調(diào)的太陽模擬器來調(diào)節(jié)照射在器件上的光譜。

• 測量過程包括確定每個子電池的光譜響應(yīng)，調(diào)整模擬器光譜以實現(xiàn)電流匹配，并在STC下測量IV曲線和功率輸出。

• 討論了在無法使用光譜模擬器時的常見錯誤和準(zhǔn)確性評估方法。

【結(jié)論】

準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)測試條件（STC）下的鈣鈦礦基多接面太陽能電池測量需要具有光譜可調(diào)的太陽模擬器。優(yōu)化的定量方法包括確定每個子電池的光譜響應(yīng)，調(diào)整模擬器光譜以實現(xiàn)電流匹配，并在STC下精確測量功率輸出。

隨著鈣鈦礦子電池的串聯(lián)太陽能電池快速發(fā)展，防止誤導(dǎo)性效率評級的需求使準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)測試量化變得更加迫切。最近更新的IEC 60904-1-1要求對于多接面測量中使用的模擬器提出了嚴(yán)格的規(guī)范，包括可調(diào)輸出光譜范圍為300-1700nm，符合AM1.5G標(biāo)準(zhǔn)，平均光譜不匹配率低于6％（A++等級）。

這種設(shè)備克服了以往雙源系統(tǒng)的可靠性問題。Enlitech的SS-PST利用創(chuàng)新的單氙弧燈基礎(chǔ)的光譜控制，地滿足這些新一代標(biāo)準(zhǔn)。Enlitech SS-PST在400-1100nm波長范圍內(nèi)的光譜偏差為11.2％，在300-1200nm范圍內(nèi)為13.1％。300-1700nm的輸出光譜可以滿足AM1.5G光譜的要求，平均光譜不匹配率低于6％（IEC 60904-9：2020）。輸出光譜可調(diào)。校準(zhǔn)設(shè)施采用這些工具有望有助于保持使用校準(zhǔn)設(shè)備的各組報告性能值之間的一致性。

朝著負(fù)擔(dān)得起且標(biāo)準(zhǔn)化的定量技術(shù)取得進展是促進高效率多接面概念轉(zhuǎn)化為具有商業(yè)競爭力的光伏產(chǎn)品的重要基礎(chǔ)。可靠的準(zhǔn)確測量消除了最終制造規(guī)模擴大和部署具有超越傳統(tǒng)技術(shù)效率潛力的鈣鈦礦串聯(lián)結(jié)構(gòu)的障礙。

Figure S1.左圖：隨著鈣鈦礦/Si串聯(lián)電池頂部鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的輻照變化，VMPP、IMPP和ISC的變化。右圖：二接面電池的示意IV曲線及其組成部分結(jié)構(gòu)，其中頂部結(jié)構(gòu)限制了電流。

圖S2. 左圖：雙結(jié)鈣鈦礦/鈣鈦礦電池的光電流-電壓曲線。右圖：頂部鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的輻照變化與雙結(jié)鈣鈦礦/鈣鈦礦串聯(lián)電池的VMPP、IMPP和ISC的關(guān)系。