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【重點(diǎn)摘要】

由國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表如何從校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室的角度來(lái)衡量鈣鈦礦基單片多接面太陽(yáng)能電池的性能。

• 對(duì)鈣鈦礦多接面太陽(yáng)能電池進(jìn)行精確的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件（STC）測(cè)量至關(guān)重要，但具有挑戰(zhàn)性。

• 提出了優(yōu)化的測(cè)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(jìn)步是實(shí)現(xiàn)商業(yè)可行性的關(guān)鍵。

【研究背景】

鈣鈦礦多接面太陽(yáng)能電池（PVSK MJs）在與硅能源電池結(jié)合時(shí)已經(jīng)取得了顯著的功率轉(zhuǎn)換效率提升，效率超過(guò)30％。這些高效率是在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件（STC）下報(bào)告的，以便進(jìn)行比較。準(zhǔn)確的多接面太陽(yáng)能電池在STC下的性能測(cè)量至關(guān)重要，但比單接面器件更加復(fù)雜，需要進(jìn)行光譜模擬并限制每個(gè)子電池。需要謹(jǐn)慎的方法，因?yàn)榭旖莘绞娇赡軐?dǎo)致誤導(dǎo)性的效率評(píng)級(jí)。

【研究結(jié)果】

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

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

• 正在開(kāi)發(fā)的高通量測(cè)量程序展示了減少測(cè)試時(shí)間一個(gè)數(shù)量級(jí)而不影響準(zhǔn)確性。

• 進(jìn)一步改進(jìn)加速測(cè)試協(xié)議并在研究團(tuán)隊(duì)間標(biāo)準(zhǔn)化方法可以促進(jìn)持續(xù)的效率提升。

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

【研究方法】

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

• 測(cè)量過(guò)程包括確定每個(gè)子電池的光譜響應(yīng)，調(diào)整模擬器光譜以實(shí)現(xiàn)電流匹配，并在STC下測(cè)量IV曲線和功率輸出。

• 討論了在無(wú)法使用光譜模擬器時(shí)的常見(jiàn)錯(cuò)誤和準(zhǔn)確性評(píng)估方法。

【結(jié)論】

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

隨著鈣鈦礦子電池的串聯(lián)太陽(yáng)能電池快速發(fā)展，防止誤導(dǎo)性效率評(píng)級(jí)的需求使準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試量化變得更加迫切。最近更新的IEC 60904-1-1要求對(duì)于多接面測(cè)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(jí)）。

這種設(shè)備克服了以往雙源系統(tǒng)的可靠性問(wèn)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(zhǎng)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(bào)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(jìn)展是促進(jìn)高效率多接面概念轉(zhuǎn)化為具有商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的光伏產(chǎn)品的重要基礎(chǔ)。可靠的準(zhǔn)確測(cè)量消除了最終制造規(guī)模擴(kuò)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。