Pin mặt trời perovskite (PSC) đã đạt được hiệu suất chuyển đổi năng lượng (PCE) lên tới26,95%trong điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn (STC). Trọng tâm nghiên cứu hiện tại đã chuyển từ cải thiện hiệu quả sangkhả năng mở rộng và tăng cường tính ổn địnhDựa trên dữ liệu ngoài trời trong bốn năm từ Berlin, nghiên cứu này cho thấy sự biến động đáng kể về hiệu suất theo mùa ở các PSC:hiệu suất ổn định vào mùa hè nhưng giảm đáng kể vào mùa đông (lên đến 30%)Hiện tượng này được cho là do tác động kết hợp của nhiều yếu tố, bao gồm biến thiên quang phổ, hệ số nhiệt độ, tổn thất MPPT và hiệu ứng siêu ổn định. Thử nghiệm Theo dõi Điểm Công suất Cực đại (MPPT) cho phép thử nghiệm dựa trên đặc điểm khí hậu để định lượng chính xác tác động của động lực siêu ổn định.
Thiết kế thử nghiệm
Ở Berlin (một vùng khí hậu ôn đới có bức xạ thấp), mộtpin perovskite được bọc thủy tinh-thủy tinh(cấu trúc: ITO | 2PACz | Cs₀.₁₅ FA₀.₈₅ PbI₂.₅₅ Br₀.₄₅ | C₆₀ | SnO₂ | Cu, khoảng cách dải 1,65 eV) đã được đưa vàoThí nghiệm tiếp xúc ngoài trời trong 4 năm
Hệ thống thu thập dữ liệu ghi lại dữ liệu quang phổ, nhiệt độ và độ chiếu xạ mỗi5 phút, tính toán PCE trung bình hàng ngày và định kỳ kiểm tra lại các ô trong điều kiện STC trong nhà.
Tổng quan về kết quả ngoài trời
Đỉnh PCE mùa hè: Không có sự suy thoái trong năm 1–2; suy giảm tích lũy khoảng 2% vào năm thứ 4.
Máng PCE mùa đông: ĐãGiảm 30% trong mùa đông đầu tiên, với mức giảm tích lũy từ mùa đông sang mùa đông khác là ≈40% trong bốn năm.
Dữ liệu STC trong nhà: Suy thoái tuyến tính 6%/năm, nhưng chịu ảnh hưởng của các yếu tố theo mùa, suy thoái ngoài trời từ mùa hè sang mùa hè chỉ là 3%/năm, trong khi suy thoái từ mùa đông sang mùa đông đạt9%/năm.
Các yếu tố ảnh hưởng theo mùa
1. Biến thể quang phổ
Điều kiện quang phổ là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất của PSC. Quang phổ ngoài trời thay đổi theo mùa và điều kiện khí quyển, và PSC nhạy cảm hơn với những thay đổi quang phổ do phạm vi phản ứng quang phổ hẹp (≈300–800 nm). Nghiên cứu này định lượng sự làm giàu quang phổ của ánh sáng xanh và ánh sáng đỏ bằng cách sử dụngNăng lượng Photon trung bình (APE). Kết quả cho thấy quang phổ mùa hè được làm giàu bằng ánh sáng xanh, trong khi quang phổ mùa đông được làm giàu bằng ánh sáng đỏ, dẫn đếnchênh lệch hiện tại lên tới 10%dưới mức độ chiếu xạ giống hệt nhau.
2. Hệ số nhiệt độ
Hệ số nhiệt độ (γ) của PSC thường âm, biểu thị hiệu suất giảm khi nhiệt độ tăng. Tuy nhiên, khi tế bào già đi, hệ số nhiệt độ của hệ số lấp đầy (FF) trở nên dương, dẫn đếnhiệu suất tốt hơn của PSCs già dưới nhiệt độ mùa hè cao. Điều này trái ngược hoàn toàn với các công nghệ quang điện truyền thống (ví dụ, pin mặt trời silicon).
3. Độ trễ JV và Mất theo dõi MPPT
Độ trễ JV là một hiện tượng phổ biến trong các PSC, ảnh hưởng đến độ chính xác của việc theo dõi Điểm Công suất Cực đại (MPP). Các thí nghiệm cho thấy độ trễ tăng đáng kể trong điều kiện lão hóa và nhiệt độ thấp, làm giảm chất lượng theo dõi MPPT. Tại5°C, dao động điện áp theo dõi MPPT vượt quá 35%, dẫn đến tổn thất năng lượng đáng kể. Hiệu ứng này đặc biệt rõ rệt vào mùa đông, làm giảm sản lượng năng lượng của PSC.
4. Hiệu ứng siêu bền của Perovskite
Tính siêu ổn định do hiệu ứng hấp thụ ánh sáng (LSE) là một đặc điểm cốt lõi tạo nên sự khác biệt của perovskite so với pin quang điện truyền thống. Các thí nghiệm cho thấy các tế bào mới đạt độ bão hòa ánh sáng chỉ trong vài phút, trong khi các tế bào cũ cầnhơn 72 giờ chiếu sáng liên tụcđể bão hòa. Ngoài ra, nhiệt độ ảnh hưởng đáng kể đến LSE. Trong điều kiện nhiệt độ mùa đông thấp và ánh sáng yếu, LSE vẫn chưa bão hòa, dẫn đến điện áp tăng không đủ và hiệu suất giảm. Hiệu ứng này là yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất theo mùa của PSC.
Mức độ biến thiên theo mùa của pin mặt trời perovskite phụ thuộc vào khí hậu và đặc điểm thiết bị. So với Berlin, các khu vực gần xích đạo có sự thay đổi quang phổ nhỏ hơn, giúp giảm chênh lệch dòng điện do dịch chuyển quang phổ. Ngoài ra, tổn thất MPPT ở nhiệt độ thấp có thể giảm ở vùng khí hậu ấm hơn. Tuy nhiên, tổn thất MPPT do lão hóa và nhiệt độ thấp có thể tăng lên ở vùng khí hậu ấm hơn. Độ ổn định siêu bền vẫn là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất theo mùa, đặc biệt là trong điều kiện nhiệt độ mùa đông thấp và ánh sáng yếu, nơi LSE không bão hòa dẫn đến suy giảm hiệu suất.
Những điểm chính: Biến động theo mùa ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của pin mặt trời perovskite, với hiệu suất giảm tới 30% vào mùa đông do sự dịch chuyển quang phổ, ảnh hưởng của nhiệt độ, tổn thất MPPT và tính không ổn định. Thử nghiệm MPPT rất quan trọng để định lượng các tác động này và tối ưu hóa độ ổn định.
