ผลกระทบตามฤดูกาลในเซลล์แสงอาทิตย์ เพอรอฟสไกต์: เอ็มพีพีที เปิดเผยกลไกการเสื่อมสภาพและการเพิ่มประสิทธิภาพเสถียรภาพ

เซลล์แสงอาทิตย์ เพอรอฟสไกต์ (พีเอสซี) มีประสิทธิภาพการแปลงพลังงาน (พีซีอี) สูงถึง26.95%ภายใต้เงื่อนไขการทดสอบมาตรฐาน (เอสทีซี) การวิจัยในปัจจุบันได้เปลี่ยนจุดเน้นจากการปรับปรุงประสิทธิภาพเป็นการปรับปรุงความสามารถในการปรับขนาดและความเสถียรจากข้อมูลกลางแจ้งสี่ปีจากกรุงเบอร์ลิน การศึกษานี้เผยให้เห็นถึงความผันผวนของประสิทธิภาพตามฤดูกาลที่สำคัญใน พีเอสซี:ประสิทธิภาพคงที่ในฤดูร้อนแต่ลดลงอย่างมากในฤดูหนาว (สูงถึง 30%)ปรากฏการณ์นี้เกิดจากผลรวมของปัจจัยหลายประการ ได้แก่ ความแปรผันของสเปกตรัม ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ การสูญเสียพลังงานจาก เอ็มพีพีที และผลกระทบจากภาวะไม่เสถียร การทดสอบการติดตามจุดพลังงานสูงสุด (เอ็มพีพีที) ช่วยให้การทดสอบที่มีลักษณะเฉพาะตามสภาพภูมิอากาศสามารถวัดผลกระทบของพลวัตของภาวะไม่เสถียรได้อย่างแม่นยำ

การออกแบบการทดลอง

ในกรุงเบอร์ลิน (เขตภูมิอากาศอบอุ่นที่มีการแผ่รังสีต่ำ)เซลล์เปรอฟสไกต์แบบหุ้มด้วยแก้ว(โครงสร้าง: อิโตะ | 2PACz | ซีเอส₀.₁₅ เอฟเอ₀.₈₅ พีบีไอ₂.₅₅ บร₀.₄₅ | C₆₀ | สโนว์โอ₂ | ลูกพี่ลูกน้อง, แบนด์แก๊ป 1.65 อีวี) ถูกทำให้เป็นการทดลองสัมผัสกลางแจ้ง 4 ปี

ระบบการเก็บข้อมูลจะบันทึกข้อมูลสเปกตรัม อุณหภูมิ และความส่องสว่างทุกๆ5 นาทีคำนวณค่า พีซีอี เฉลี่ยรายวัน และทดสอบเซลล์ซ้ำเป็นระยะภายใต้สภาวะ เอสทีซี ในอาคาร

ภาพรวมของผลลัพธ์กลางแจ้ง

• จุดสูงสุดของ พีซีอี ในฤดูร้อน:ไม่มีการเสื่อมสภาพในปีที่ 1–2; มีการลดลงสะสมประมาณ 2% ภายในปีที่ 4

  
  

• ร่อง พีซีอี ฤดูหนาว: เรียบร้อยแล้วลดลง 30% ในฤดูหนาวแรกโดยมีอัตราการลดลงสะสมจากฤดูหนาวถึงฤดูหนาวประมาณ 40% ในเวลาสี่ปี

  
  

• ข้อมูล เอสทีซี ในร่ม:ความเสื่อมโทรมเชิงเส้น 6% ต่อปี แต่ได้รับอิทธิพลจากปัจจัยตามฤดูกาล ความเสื่อมโทรมกลางแจ้งจากฤดูร้อนถึงฤดูร้อนอยู่ที่เพียง 3% ต่อปี ในขณะที่ความเสื่อมโทรมจากฤดูหนาวถึงฤดูหนาวอยู่ที่9%/ปี-

ปัจจัยที่มีอิทธิพลตามฤดูกาล

1. การเปลี่ยนแปลงสเปกตรัม

สภาวะสเปกตรัมเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของ พีเอสซี สเปกตรัมกลางแจ้งจะแตกต่างกันไปตามฤดูกาลและสภาพบรรยากาศ และ พีเอสซี มีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงของสเปกตรัมมากกว่าเนื่องจากมีช่วงการตอบสนองสเปกตรัมที่แคบ (ประมาณ 300–800 นาโนเมตร) การศึกษานี้วัดปริมาณความเข้มของแสงสีน้ำเงินและแสงสีแดงในสเปกตรัมโดยใช้พลังงานโฟตอนเฉลี่ย (เอพี)ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าสเปกตรัมฤดูร้อนมีแสงสีน้ำเงินเข้มข้น ในขณะที่สเปกตรัมฤดูหนาวมีแสงสีแดงเข้มข้น ทำให้เกิดความแตกต่างในปัจจุบันสูงถึง 10%ภายใต้ระดับความเข้มของแสงที่เท่ากัน

2. ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ

โดยทั่วไปแล้วค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ (γ) ของ พีเอสซี จะเป็นค่าลบ ซึ่งบ่งชี้ว่าประสิทธิภาพจะลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น อย่างไรก็ตาม เมื่อเซลล์มีอายุมากขึ้น ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของฟิลล์แฟกเตอร์ (เอฟเอฟ) จะกลายเป็นค่าบวก ส่งผลให้ประสิทธิภาพที่ดีขึ้นของ พีเอสซี ที่มีอายุมากภายใต้อุณหภูมิฤดูร้อนที่สูงซึ่งแตกต่างอย่างสิ้นเชิงกับเทคโนโลยีโฟโตโวลตาอิกส์แบบดั้งเดิม (เช่น เซลล์แสงอาทิตย์ซิลิกอน)

3. การสูญเสียการติดตาม เจวี ฮิสเทอรีซิส และ เอ็มพีพีที

ฮิสเทอรีซิส เจวี เป็นปรากฏการณ์ทั่วไปใน พีเอสซี ซึ่งส่งผลต่อความแม่นยำในการติดตามจุดกำลังไฟฟ้าสูงสุด (เอ็มพีพี) การทดลองแสดงให้เห็นว่าฮิสเทอรีซิสเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญภายใต้สภาวะการใช้งานและอุณหภูมิต่ำ ซึ่งส่งผลให้คุณภาพการติดตาม เอ็มพีพีที ลดลง5°C ความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าติดตาม เอ็มพีพีที เกิน 35%ส่งผลให้สูญเสียพลังงานอย่างมาก ผลกระทบนี้เด่นชัดเป็นพิเศษในฤดูหนาว ทำให้ผลผลิตพลังงานของ พีเอสซี ลดลง

4. ผลกระทบต่อความไม่เสถียรของเพอรอฟสไกต์

ภาวะเมตาเสถียรที่เกิดจากปรากฏการณ์การแช่แสง (แอลเอสอี) เป็นลักษณะเด่นที่สำคัญของเพอรอฟสไกต์เมื่อเทียบกับโฟโตวอลตาอิกส์แบบดั้งเดิม การทดลองพบว่าเซลล์ใหม่จะอิ่มตัวด้วยแสงภายในไม่กี่นาที ในขณะที่เซลล์เก่าต้องการส่องสว่างต่อเนื่องนานกว่า 72 ชั่วโมงเพื่อทำให้อิ่มตัว นอกจากนี้ อุณหภูมิยังมีอิทธิพลอย่างมากต่อ แอลเอสอี ภายใต้อุณหภูมิและสภาพแสงต่ำในฤดูหนาว แอลเอสอี ยังคงไม่อิ่มตัว ส่งผลให้อัตราขยายแรงดันไฟฟ้าไม่เพียงพอและประสิทธิภาพลดลง ผลกระทบนี้เป็นปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพตามฤดูกาลของ พีเอสซี

ขนาดของความแปรผันตามฤดูกาลของเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์ขึ้นอยู่กับสภาพภูมิอากาศและคุณลักษณะของอุปกรณ์ เมื่อเทียบกับเบอร์ลิน พื้นที่ใกล้เส้นศูนย์สูตรจะมีการเปลี่ยนแปลงสเปกตรัมน้อยกว่า ซึ่งช่วยลดความแตกต่างของกระแสไฟฟ้าที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงสเปกตรัม นอกจากนี้ การสูญเสียพลังงานที่อุณหภูมิต่ำอาจลดลงในสภาพอากาศที่อบอุ่น อย่างไรก็ตาม การสูญเสียพลังงาน เอ็มพีพีที ภายใต้สภาวะการใช้งานและอุณหภูมิต่ำอาจรุนแรงขึ้นในสภาพอากาศที่อบอุ่น ความไม่เสถียรทางไฟฟ้ายังคงเป็นปัจจัยสำคัญต่อประสิทธิภาพตามฤดูกาล โดยเฉพาะอย่างยิ่งในฤดูหนาวที่มีอุณหภูมิต่ำและสภาพแสงน้อย ซึ่ง แอลเอสอี ที่ไม่อิ่มตัวจะนำไปสู่ประสิทธิภาพที่ลดลง

ประเด็นสำคัญ:ความผันแปรตามฤดูกาลส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์ โดยประสิทธิภาพในฤดูหนาวลดลงสูงสุด 30% เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของสเปกตรัม ผลกระทบจากอุณหภูมิ การสูญเสีย เอ็มพีพีที และความไม่เสถียร การทดสอบ เอ็มพีพีที มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการวัดผลกระทบเหล่านี้และเพิ่มประสิทธิภาพความเสถียร