DB35_T+2143-2023钙钛矿太阳电池转换效率测评规程.docx

ICS17.020CCSA 5035 福建省地方标准DB35/T 21432023钙钛矿太阳电池转换效率测评规程Code of practice for conversion efficiency evaluation of perovskite solar cells2023 - 10 - 25 发布2024 - 01 - 25 实施福建省市场监督管理局发 布目次前言II1 范围12 规范性引用文件13 术语和定义14 环境条件与测量设备25 测评程序26 测评要求37 追溯方法6参考文献7前言本文件按照GB/T 1.12020标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由福建省计量科学研究院提出。 本文件由福建省太阳能光伏产业测试标准化技术委员会（SAFJ/TC 25）归口。 本文件起草单位：福建省计量科学研究院、福建江夏学院、宁德时代新能源科技股份有限公司、福州大学、福建永福电力设计股份有限公司。 本文件主要起草人：杨爱军、黎健生、魏群、郭永胜、邱羽、吴波、彭花娜、萨百晟、魏明灯、熊浩、郭文明、江琳沁、李平、陈彩云、何翔、罗海燕、黄雅松。 钙钛矿太阳电池转换效率测评规程1 范围本文件确立了钙钛矿太阳电池在标准测试条件下转换效率的测评程序，规定了环境条件与测试设备、测评程序、测评要求和追溯方法等方面的要求。 本文件适用于钙钛矿太阳电池在稳态太阳模拟器光源照射下转换效率的测量和评估，其他类型太阳电池的测量和评估参照执行。 2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件， 仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 ISO/IEC 17025 检测及校准实验室能力通用要求（General requirements for the competence of testing and calibration laboratories） IEC 60891 光伏器件 测定I-V 特性的温度和辐照度校正方法用程序（ Photovoltaic devices-Procedures for temperature and irradiance corrections to measured I-V characteristics） IEC 60904-1 光伏器件 第1部分：光伏电流-电压特性的测量（Photovoltaic devices-Part 1: Measurement of photovoltaic current-voltage characteristics） IEC 60904-2 光伏器件 第2部分：参考太阳能器件的要求（Photovoltaic devices-Part 2: Requirements for photovoltaic reference devices） IEC 60904-4 光伏器件 第4部分：参考太阳能装置 - 建立校准溯源性的程序（Photovoltaic devices-Part 4: Photovoltaic reference devices - Procedures for establishing calibration traceability） IEC 60904-7 光伏器件 第7 部分： 光伏器件测量的光谱失配修正计算（ Photovoltaic devices-Part 7: Computation of the spectral mismatch correction for measurements of photovoltaic devices） IEC 60904-9 光伏器件 第9部分：太阳模拟器特性的分类（Photovoltaic devices - Part 9: Classification of solar simulator characteristics） IEC 61215-2 地面光伏组件设计鉴定和定型 第2部分：测试序列（Terrestrial photovoltaic (PV) modules-Design qualification and type approval-Part 2: Test procedures） 3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。 3.1标准测试条件 standard test conditions；STC光源总辐照度为1 000 W/m2，具有AM 1.5G太阳光谱辐照分布，测试温度为（25.02.0），且用于标准太阳电池测量的测试条件。 注1：AM1.5G太阳光谱数据引自IEC 60904-3。注2：标准测试条件的引自IEC 60904-1。 3.2标定值 calibrated value标准太阳电池在标准测试条件（STC）下产生的短路电流值。 3.3转换效率 conversion efficiency受光照太阳电池的最大功率与入射到该太阳电池上的全部辐射功率的百分比。 4 环境条件与测量设备4.1 环境条件4.1.1 温度：（23.05.0）。 4.1.2 湿度：80 RH。 4.1.3 供电电源：电压（22022）V，频率（501）Hz。 4.2 测量设备4.2.1 预处理设备预处理设备应满足IEC 61215-2中稳定性试验的设备的规定。 4.2.2 电性能参数测量设备钙钛矿太阳电池转换效率测量设备包括： a) 稳态太阳模拟器：应符合 IEC 60904-9 中规定的 AAA 级要求； b) 标准太阳电池：应符合 IEC 60904-2 和 IEC 60904-4 的规定； c) 太阳电池功率测试设备：应符合 IEC 60904-1 的规定； d) 温度监控设备：应符合 IEC 60904-1 的规定。 4.2.3 太阳电池面积测试设备针对面积大于800 cm2的太阳电池，宜采用量具进行测量，准确度应小于0.2。对于面积小于等于800 cm2太阳电池或掩模板的测量，宜采用影像测量仪进行测量，准确度应小于0.1。 5 测评程序钙钛矿太阳电池转换效率测评程序包括7个部分，见图1。 样品预处理稳定性评估最大发电功率变化指数F5%准备工作终止测评最大发电功率变化指数F“ 关键电性能参数测量指定面积测量转换效率计算测试报告完成测评图1 钙钛矿太阳电池转换效率测评程序6 测评要求6.1 样品预处理此项目为非必要步骤，如果选择，应依据IEC 61215-2中的稳定性试验进行，并在测量报告中明确。 6.2 稳定性评估和关键电性能参数测量6.2.1 准备工作对样品进行测量前应进行如下准备工作。 a) 对被测样品进行外观检查，排除其他影响测试结果的因素。 b) 进行缺陷检测，并做样品缺陷情况记录： 1) 大尺寸（面积800 cm2）样品采用电致发光或光致发光缺陷检测仪； 2) 小尺寸（面积800 cm2）样品采用影像测量仪或显微镜。 c) 将被测样品的温度稳定在（25.02.0）。 d) 检查最大功率测试设备的工作状态及设备与被测样品的连接性能。 e) 将太阳模拟器调整至稳定的工作状态，辐照度水平达到 STC 要求。 6.2.2 稳定性评估钙钛矿太阳电池的稳定性评估是衡量其转换效率的前提。通过持续测量被测样品在不小于5 min的最大发电功率输出情况来评估其稳定性。稳定性评估操作步骤如下。 a) 将被测样品放置于STC 条件的稳态光源下，并对被测样品的温度进行监测与控制。 b) 对被测样品采用最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking；MPPT）方法恒定加载其最大功率点电压值，连续采集电流信号，每个点之间的采集间隔不宜大于 1 s，连续采样至少5 min，记录此时间段内的电流、电压和最大发电功率数据。 c) 按公式（1）计算测量时间内样品最大发电功率变化指数 F。 𝐹 = 𝑃𝑚𝑎𝑥,𝑚𝑎𝑥𝑃𝑚𝑎𝑥,𝑚𝑖𝑛 100 (1) 𝑃𝑚𝑎𝑥,𝑚𝑎𝑥+𝑃𝑚𝑎𝑥,𝑚𝑖𝑛式中：F 最大发电功率变化指数； Pmax,max 为测量时间内测得的最大发电功率最大值，单位为瓦特（W）； Pmax,min 为测量时间内测得的最大发电功率最小值，单位为瓦特（W）。 d) 如果 F5，则认为样品是稳定的，并以测量时间内的最大发电功率的算术平均值作为样品最大发电功率的测量结果；如果 F5，则认为样品是不稳定的，停止对其转换效率的测评。 6.2.3 关键电性能参数测量钙钛矿太阳电池关键电性能参数测量步骤如下。 a) 将标准太阳电池置于样品架上，使其位于测试平面内，并保证标准太阳电池位于太阳模拟器出射光斑的中心位置；使用测温装置测量标准太阳电池的温度，并通过控温装置控温，使得在测试过程中，标准太阳电池维持在（25.02.0）；根据标准太阳电池的标定值（考虑光谱失配修正因子），调整太阳模拟器在样品面上辐照度使得样品所接受辐照度为（1 00020） W/m2；测试应使用能被精确测量面积的带有规则开孔的掩膜板，且掩膜板的材质应采用反光较弱的材料。 b) 维持太阳模拟器的设置不变，将标准太阳电池替换成被测样品，保证两者受光面几何中心位置一致，样品的受光面与标准太阳电池的受光面高度一致；用控温装置对太阳电池的温度进行控制，使得在测量过程中，被测样品的温度维持在（25.02.0），如果控温系统无法达到上述控温效果，则应对其结温进行准确测量，然后根据 IEC 60891 指定的方法进行温度修正。 c) 设置扫描方向、电压范围、扫描间隔、采样点延时等参数，分别用正向扫描由短路电流 Isc 扫描至开路电压（Voc）和反向扫描开路电压 Voc 扫描至短路电流（Isc）的方式测量被测太阳电池的正反扫电流-电压特性，记录开路电压（Voc），短路电流（Isc），最大输出功率（Pmax） 等参数。若正反扫测得的 Pmax 偏差 D 超过 2，则认为被测样品有迟滞效应，应重新设置测量参数，以保证消除样品的迟滞效应。若未能消除迟滞效应，则应在报告上记录偏差 D，然后进行后续测量。偏差 D 的计算如公式（2）所示。 𝐷 = 𝑃max,max𝑃max,min 100(2) 𝑃max式中：D 偏差； Pmax,max三组正反扫测得的最大发电功率最大值，单位为瓦特（W）； Pmax,min三组正反扫测得的最大发电功率最小值，单位为瓦特（W）； 𝑃max 三组正反扫测得的最大发电功率平均值，单位为瓦特（W）。 d) 重复上述测量步骤，计算开路电压（Voc）、短路电流（Isc）等其他关键电性能参数的算术平均值作为其测量结果。 e) 按照 IEC 60904-7 规定的步骤对各关键电性能参数的测量结果进行光谱失配修正。 6.3 指定面积测量使用4.2.3规定的测量设备对被测电池指定面积进行测量，并在报告上对面积类型进行说明。面积类型包括。 a) 全面积：电池的全部投影面积，见图 2。 图2 全面积定义b) 孔径面积：电池面积的一部分，面积由掩模板限定，面积包括所有电池部件：有源层、主栅线和细栅线，见图 3。 图3 孔径面积定义c) 限定辐照面积，电池面积的一部分，面积由掩模板限定，面积不包括主接触电极，见图 4。 图4 限定辐照面积定义6.4 转换效率计算6.4.1 采用 MPPT 测量法的转换效率计算在稳态太阳模器光源照射下，采用MPPT测量法的转换效率按照公式（3）计算。 𝜂MPPT= 𝑃max 100 (3) 𝐸𝑆sp式中：𝜂;MPPT采用MPPT测量法的转换效率； 𝑃max 特定测量时间内测得的最大发电功率平均值（经辐照度、温度和光谱失配修正），单位为瓦特（W）； E 为被测样品上表面入射光的辐照度，单位为瓦特每平方米（W/m2）； spS 为被测样品的面积，单位为平方米（m2）。 6.4.2 采用正反扫 IV 曲线测量法的转换效率计算在稳态太阳模器光源照射下，采用IV曲线扫描测量法的转换效率按照公式（4）计算。 𝜂IV 扫描= 𝑃max 100 (4) 𝐸𝑆sp式中：𝜂IV扫描采用正反扫IV曲线测量法的转换效率； 𝑃max 三次分别正扫IV和反扫IV测得的最大发电功率的算术平均值（经辐照度、温度和光谱失配修正），单位为瓦特（W）； E 为被测样品上表面入射光的辐照度，单位为瓦特每平方米（W/m2）； spS 为被测样品的面积，单位为平方米（m2）。 7 追溯方法实验机构应根据钙钛矿太阳电池转换效率测评结果给出符合ISO/IEC 17025规定的测试报告并保存原始记录，以便追溯。测试报告和原始记录应包括但不限于下列信息： a) 标题； b) 实验室的名称、地址和完成测试的地点； c) 测量环境条件； d) 报告每一页的唯一性标识； e) 委托方名称和地址； f) 取样方式； g) 测试标准； h) 被测样品描述，必要时附加被测样品照片信息； i) 被测样品的特点和条件； j) 收到被测样品的日期和测试日期； k) 测试方法； l) 测试结果，包括但不限于钙钛矿太阳电池的面积、特定测试条件、钙钛矿太阳电池的最大发电功率、正反扫条件下的钙钛矿太阳电池的转换效率等参数； m) 签名和标识，或等效识别测试人员，其对报告的内容及颁发日期负责。 参 考 文 献1 GB/T 22971989 太阳光伏能源系统术语 2 IEC 60904-3 Photovoltaic devices-Part 3: Measurement principles for terrestrial photovoltaic (PV) solar devices with reference spectral irradiance data 3 Green MA, Dunlop ED, Siefer G, Yoshita M, Kopidakis N,Bothe K, Hao XJ. Solar cell efficiency tables (Version 61). Prog Photovolt: ResAppl. 2023;31:3-16