【重點摘要】

由國家可再生能源實驗室(NREL)的研究團隊發(fā)表如何從校準實驗室的角度來衡量鈣鈦礦基單片多接面太陽能電池的性能。

• 對鈣鈦礦多接面太陽能電池進行精確的標準測試條件（STC）測量至關(guān)重要，但具有挑戰(zhàn)性。

• 提出了優(yōu)化的測量方法，能夠?qū)崿F(xiàn)精確的性能特征化。

• 標準化、與生產(chǎn)相關(guān)的量化協(xié)議持續(xù)進步是實現(xiàn)商業(yè)可行性的關(guān)鍵。

【研究背景】

鈣鈦礦多接面太陽能電池（PVSK MJs）在與硅能源電池結(jié)合時已經(jīng)取得了顯著的功率轉(zhuǎn)換效率提升，效率超過30％。這些高效率是在標準測試條件（STC）下報告的，以便進行比較。準確的多接面太陽能電池在STC下的性能測量至關(guān)重要，但比單接面器件更加復(fù)雜，需要進行光譜模擬并限制每個子電池。需要謹慎的方法，因為快捷方式可能導(dǎo)致誤導(dǎo)性的效率評級。

【研究結(jié)果】

• 提出的鈣鈦礦多接面太陽能電池的優(yōu)化測量方法能夠在標準測試條件下準確地表征電流-電壓曲線和效率評級。

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

• 正在開發(fā)的高通量測量程序展示了減少測試時間一個數(shù)量級而不影響準確性。

• 進一步改進加速測試協(xié)議并在研究團隊間標準化方法可以促進持續(xù)的效率提升。

• 在標準條件下準確評估效率仍然對評估新型多接面結(jié)構(gòu)中的損失機制至關(guān)重要。

【研究方法】

• 準確測量PVSK MJ性能需要具有光譜可調(diào)的太陽模擬器來調(diào)節(jié)照射在器件上的光譜。

• 測量過程包括確定每個子電池的光譜響應(yīng)，調(diào)整模擬器光譜以實現(xiàn)電流匹配，并在STC下測量IV曲線和功率輸出。

• 討論了在無法使用光譜模擬器時的常見錯誤和準確性評估方法。

【結(jié)論】

準確的標準測試條件（STC）下的鈣鈦礦基多接面太陽能電池測量需要具有光譜可調(diào)的太陽模擬器。優(yōu)化的定量方法包括確定每個子電池的光譜響應(yīng)，調(diào)整模擬器光譜以實現(xiàn)電流匹配，并在STC下精確測量功率輸出。

隨著鈣鈦礦子電池的串聯(lián)太陽能電池快速發(fā)展，防止誤導(dǎo)性效率評級的需求使準確的標準測試量化變得更加迫切。最近更新的IEC 60904-1-1要求對于多接面測量中使用的模擬器提出了嚴格的規(guī)范，包括可調(diào)輸出光譜范圍為300-1700nm，符合AM1.5G標準，平均光譜不匹配率低于6％（A++等級）。

這種設(shè)備克服了以往雙源系統(tǒng)的可靠性問題。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準。Enlitech SS-PST在400-1100nm波長范圍內(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)。校準設(shè)施采用這些工具有望有助于保持使用校準設(shè)備的各組報告性能值之間的一致性。

朝著負擔(dān)得起且標準化的定量技術(shù)取得進展是促進高效率多接面概念轉(zhuǎn)化為具有商業(yè)競爭力的光伏產(chǎn)品的重要基礎(chǔ)。可靠的準確測量消除了最終制造規(guī)模擴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。