上柔質量鑑定|從實驗室到應用：鈣鈦礦光伏ISOS穩定性測試系統詳解（下）

《基於ISOS的鈣鈦礦光伏穩定性評估與報告共識聲明》

程式"

時間來到2020年，基於先前有機光伏材料和裝置ISOS測試方法，建立了鈣鈦礦光伏裝置穩定性評估和報告共識聲明。本文保留了原有的五種測試類型，新增了三種應力條件測試，分別是ISOS-V（電偏壓應力）、ISOS-LC（明暗循環測試）、ISOS-I（本質性能測試）。

圖 1. 新的 ISOS 測試程序

施加電偏應力的考量主要源自於以下幾點：

1. 通常組件在實際工作時處於最大功率點附近狀態（正向偏壓），但在突然失光的情況下，電池會處於開路電壓狀態。為此，文章建議，施加等於Vmpp或Voc的電壓作為正向電偏壓條件；

2. 對於遮蔽的太陽能模組，可以透過施加反向偏壓來強制遮蔽的電池工作以匹配模組的其餘部分。這是反向電偏置條件。文章建議，可以施加一個恆定的負偏壓，如-Voc，用於模擬有旁路二極管被屏蔽的器件的情況，或者強制電流達到-Jmpp，用於模擬沒有旁路二極管被屏蔽的器件的情況。

另外，隨著測試程序水準的提高，還需要設定相應的溫度和濕度。

圖 2. 電偏壓測試程序參數

有報導稱，鈣鈦礦電池在黑暗環境中可以發生完全或部分可逆的降解。光暗循環和穩態光老化（ISOS-L）的不同應力條件會表現出不同的降解模式。

在先前有機光伏材料及裝置測試的文章中，已經有與明暗交替相關的測試。ISOS-LT-2和ISOS-LT-3，方法是在控濕階段（超過40℃的部分）打開照明，在不控濕階段關閉照明。。

然而，該方案的單次循環時間較短，並且在光照保持恆定的階段，溫度仍然作為變數存在。因此，不適合系統研究光照及其動態變化對元件性能的影響，更適合歸入高階熱循環測試範疇。

為此，文章修改了一套鈣鈦礦電池的光暗循環測試方案：在2、8或24小時的循環週期內，（光：暗）比例為1：1或1：2進行測試。

隨著測試等級的提高，將會增加額外的應力條件。ISOS-LC-2增加恆溫條件，探討光、熱的影響，ISOS-LC-3增加恆溫、恆濕條件，探討光、濕、熱的影響。

圖3. 光暗循環測試程式參數

本質性能測試旨在探索鈣鈦礦電池和封裝材料本身的性能。文章將影響元件性能的應力條件分為兩大類：

1.內在因素（無論測試環境如何封裝或保護都相關）：光、溫度、電偏壓；

2、外在因素（由電池與環境物質的相互作用控制）：水、氧氣。

外部因素對穩定性的影響取決於電池對水和空氣的敏感度以及包裝材料的穩定性。封裝材料作為保護內部電池的屏障，其阻隔性能將直接影響模組的最終性能。在充分了解模組的降解之前，有必要了解封裝材料的穩定性和降解機制。

文章建議，包裝材料可以以相同的老化程序進行老化，以測試其老化前後的阻隔性能（水、氧）。此方法與 IEC 62788 系列測試相同。目前，尚未建立專門針對鈣鈦礦電池封裝材料的測試標準。預計未來會得到改善。

對於內部因素穩定性影響的研究，測試對像大多是封裝元件。由於包裝後包裝材料的阻隔性能未知（不方便剝離和測試），不利於區分內部因素和外部因素對電池穩定性的影響程度。

因此，文章建議將未封裝的鈣鈦礦電池存放在惰性氣體（氮氣、氬氣等）中進行老化測試，除此之外，其餘測試條件與ISOS中的程序相同。此類測試將透過在測試名稱末尾添加“I”來區分。圖 4 列出了協定中建議的固有效能測試程序。

圖 4. 需要固有穩定性測試的程式列表

《鈣鈦礦太陽能的變遷》

技術靈活》

與剛性鈣鈦礦組件相比，柔性組件由於其靈活的尺寸和可彎曲性，適用於各種特殊應用場景。但這特性也要求柔性元件必須具有良好的機械變形能力，其彎曲強度等機械性質將直接影響裝置在實際應用中的可靠性和長期穩定性。

現有ISOS協定中鈣鈦礦電池的穩定性測試主要著重於研究光、熱、潮濕環境下的運作穩定性，而忽略了機械穩定性。現有柔性組件的測試方法主要來自IEC 61215（捲曲）和ICE 61646（扭曲）。這些方法可以測試柔性元件固有的抗彎性能，但由於缺乏附加應力條件（如溫度、濕度、電偏壓、光照等），實驗結果與實際應用缺乏對應性。

基於這一背景，LA Castriotta[3] 等人。提出了柔性鈣鈦礦彎曲性能的四種建議測試程序，即：ISOS-B（彎曲穩定性）、ISOS-M（機械循環）、ISOS-TM（暗態熱彎曲）、ISOS-LM（光濕熱彎曲）。

儘管這些試驗尚未正式納入相關國際標準，但它們為測試柔性構件的彎曲性能提供了可行的解決方案，即多應力綜合彎曲試驗。相信在不久的將來，這方面的測試將會不斷改進。

圖 5. LA Castriotta 等人推薦的測試程序。

參考

[1] 馬修‧L‧里斯 (Matthew O. Reese)、蘇倫‧A‧格沃爾吉安 (Suren A.Gevorgyan) 等人。有機光伏材料和裝置的共識穩定性測試協議。太陽能材料和太陽能電池。第 95 卷，第 5 期，2011 年 5 月，第 1253-1267 頁。 https://doi.org/10.1016/j.solmat.2011.01.036

[2] Khenkin, MV、Katz, EA、Abate, A. 等。基於 ISOS 程序的鈣鈦礦光伏穩定性評估和報告共識聲明。自然能量。第 5 卷。第 35–49 頁 (2020)、第 35–49 頁 (2020)。 https://doi.org/10.1038/s41560-019-0529-5

[3] Luigi Angelo Castriotta、Md Aslam Uddin 等人。鈣鈦礦太陽能技術轉向彈性。先進材料。第 37 卷第 8 期，2025 年 2 月 25 日

https://doi.org/10.1002/adma.202408036

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