如何攻克鈣鈦礦太陽能電池電性能測試技術壁壘？

       “碳達峰、碳中和"背景下，發展新能源成為降低碳排放的第一驅動力。以太陽能為代表的清潔能源在市場上的占比大幅提升，與之對應的太陽能電池同樣發展迅速。太陽能電池是一種吸收光能產生電能的半導體光電二極管，硅基電池作為第一代太陽能電池占據著市場主導地位；第二代太陽能電池為多元化薄膜電池，優點在于轉化效率高、質量小、厚度薄，但其研究原料的環境污染效應頗具爭議；如今，以燃料敏化、量子點、鈣鈦礦為代表的第三代太陽能電池逐漸進入人們視野。

        目前，全球已有60多個國家制定了太陽能光伏發電產業發展規劃或指導意見；在第28屆聯合國氣候變化大會（COP28）上，全球近200個締約方達成歷史性協議，呼吁在2030年前將全球可再生能源產能增加2倍，這對于光伏產業的發展而言又是一大利好。

        作為新一代太陽能電池，鈣鈦礦太陽能電池在光伏領域同樣展現出巨大的潛力。鈣鈦礦材料具有較高的吸光系數、可調節的帶隙、較高的載流子遷移率、較低的激子結合能、較長的載流子傳輸距離等優點。相比于晶硅電池，具有非常明顯的優勢。經過多年的發展，以鈣鈦礦結構材料作為吸光材料的太陽能電池的光電轉換效率（PCE）從最初的3.8%迅速上升到25.7%，成為具競爭力的理想光伏電池。

圖：鈣鈦礦電池和單晶硅電池實驗室效率對比

        目前，鈣鈦礦電池正處在從實驗室走向產業化的初期，由于其材料特性的影響，穩定性方面還存在技術難點，和晶硅相比壽命及量產效率還有較大差距。此外，鈣鈦礦太陽能電池在性能測試中的遲滯現象會嚴重影響器件效率的測定，產業化I-V測試面臨著巨大的挑戰，傳統的測試方案存在明顯局限。因此，標準化的性能參數評價、精準的穩定性測試以及符合使用場景的測試方法將有效的推進鈣鈦礦太陽能電池的規模化、產業化發展。

        光電轉換效率(PCE)是鈣鈦礦太陽能電池最主要的性能評價指標，常規測量效率的方法是基于特定的光譜和測試環境下，對電流-電壓曲線 (I-V曲線) 進行測量，測試參數包括短路電流(Isc)、開路電壓(Voc)以及填充因子(FF)等。量子效率一般用來表征光電流與入射光的關系，它不但能反映太陽能電池內各層材料的質量，也能反映減反膜、輻照損傷和各個界面層的質量。

        此外，熱斑效應和PID效應是光伏電站運行過程中的多發問題。熱斑效應是指某一太陽能電池片由于內部缺陷或者外部遮擋，被當做負載消耗其他有光照的電池片所產生的能量，在降低組件輸出功率的同時，還易使遮擋電池的局部溫度升高而受損。在光伏系統中，一般采用旁路二極管作為熱斑保護，能夠有效地防止電池片因熱斑效應而燒毀，是光伏太陽能組件的重要組成部分。因此，旁路二極管的有效運行直接影響著光伏電站的發電量及使用安全，性能測試十分重要。

        PID(Potential induced degradation)效應又稱電勢誘導衰減，是光伏組件的封裝材料和其上下表面材料、電池片與其接地金屬邊框之間在高電壓作用下出現離子遷移而形成漏電流，大量Na+電荷聚集在電池片表面，使得電池片表面的鈍化效果惡化，從而導致電池片的填充因子、開路電壓及短路電流降低，電池組件功率衰減，衰減程度可達50%。

        普賽斯儀表致力于數字源表的研究，并于2019年帥先實現數字源表的國產化，陸續推出了高精度數字源表、插卡式源表等產品。圍繞鈣鈦礦太陽能電池的測試需求，聯合行業之名廠商為用戶打造科研級單通道及多通道太陽能電池測試解決方案，具有較好的一致性測量特性，可精確的輸出和測量電壓、電流，預防器件損壞；同時，極大的縮短測試時間、簡化整體測試系統設計，具有較好的可用性。為光伏器件的研究、質檢以及應用提供可靠的測試工具。

電池組件測試方案

鈣鈦礦電池組件通常是通過多塊電池串并聯形成，擁有更大電流和功率。普賽斯HCP大功率脈沖源表最大電流100A，最高功率支持5000W，能夠滿足大功率的電池組件I-V測試需求。

圖：普賽斯HCP系列大電流臺式脈沖源表

        普賽斯儀表推出的精密型數字源表(SMU)是對鈣鈦礦太陽能電池和各種其他器件的進行電性能表征的最佳解決方案。其寬廣的電流和電壓測量范圍，可以為科研及生產制造提供著越的測量性能。結合太陽光模擬器以及專用的上位機軟件，能極大簡化太陽能電池測試效率,可以更精確、更輕松的表征器件。