长沙莱赛新能源技术有限责任公司

多通道太阳能电池稳定性测试系统

      当下不少钙钛矿电池的实验室效率已经做到和晶硅持平,甚至超过晶硅,在效率上钙钛矿电池完全可以进行商业化应用且制备成本比传统的晶硅电池更低,但阻碍钙钛矿电池商业化是其长期稳定性,目前业内解决该问题最直接的一种手段就是针对钙钛矿材料本身的改性提升材料本征稳定性。另一种可行的手段是通过工艺和工程手段隔绝外界的不稳定因素,即隔绝水、热等环境因素,从而减少乃至避免外界不稳定因素对于材料和器件的影响。

手       机:19813289696

邮       箱:sales@lisign.cn

当下不少钙钛矿电池的实验室效率已经做到和晶硅持平,甚至超过晶硅,在效率上钙钛矿电池完全可以进行商业化应用且制备成本比传统的晶硅电池更低,但阻碍钙钛矿电池商业化是其长期稳定性,目前业内解决该问题最直接的一种手段就是针对钙钛矿材料本身的改性提升材料本征稳定性。另一种可行的手段是通过工艺和工程手段隔绝外界的不稳定因素,即隔绝水、热等环境因素,从而减少乃至避免外界不稳定因素对于材料和器件的影响。  

目前对钙钛矿太阳能电池稳定性测试没有国际性的统一标准,行业内通用的做法是将电池置于1sun标准光照射下, 持续最大功率点跟踪(MPPT)进行光老化测试。常规测试时间是1000小时。

本系统是专为钙钛矿太阳能电池研究工作者量身打造的一款功能强大、齐全的多通道太阳能电池和组件稳定测试系统,采用3A级LED太阳光模拟器或白光LED作为老化光源,可通过多种方式对电池进行控温并控制电池所处的环境气氛(N2、干空、恒温恒湿等),可以对多组电池同时进行长期的稳定性能测试,除了传统的MPPT模式以外,还增加了恒压(如开路电压)和恒流老化(如短路电流)模式以增加稳定性研究的灵活性,并集成了强大数据分析软件可以实时查看和对比不同样品的各项性能指标。

一、系统组成

1.1、硬件系统

1.1.1、老化光源

本系统可选配3A级LED太阳光模拟器和白光LED单色光源,以下分别对两种光源进行介绍

3A级LED太阳光模拟器


BG-LED-AAA系列LED太阳光模拟器是一款供科研使用的理想太阳光光源,是对目前氙灯光源太阳光模拟器的完美升级换代产品,优良的特性更加适合对太阳能电池、半导体材料及生物科学的研究

产品特点

符合IEC 60904-9,JIS 8904-9和ASTM E927-10关于光谱匹配度A+,辐射空间均匀性A和时间不稳定性的A+要求。

采用进口大功率LED芯片,使用多种不同波长的LED进行光谱拟合,更加完美的实现了对太阳光的模拟

光源使用寿命>10000小时,不再需要定期更换昂贵且危险的灯泡。

独立光谱控制,在350nm~1150nm光谱范围内,根据IEC 60904-9标准分为6个光谱段,每个光谱段均可独立调节控制。用户可自定义不同光谱满足不同测试需要。

宽泛的闪光时间控制,可实现最小100ms连续闪光直至常亮

可选光强反馈系统,实时光强进行快速校准

7寸LCD触摸屏控制,图形化界面操作,操作快捷方便。

支持5种闪光预设方案设置,且可实现无缝切换,适用不同的测试需求。

配有CAN总线、RS232和RS485接口,可与外部测试设备互联,实现远端控制与协同。

技术参数

型号
LS-LED-AAA-100L
LS-LED-AAA-250L
光源类型
稳态LED光源
光谱范围
350~1100
有效光斑面积
100mm×100mm
250mm×250mm
光谱匹配度
A+
均匀性
A
时间不稳定性
A+
光源使用寿命
>10000小时
典型输出功率
100 to 1100 W/m2 (0.1 to   1.1 SUN) 可调
供电电压
AC220V/50HZ
光谱图

LED白光光源

光源特点

大面积

①灯板面积:300×200mm²,有效光照面积: 270×180mm²;

②灯板面积:360×360mm²,有效光照面积: 350×350mm²;

超大光照面积LED灯珠阵列灯板,支持多个小电池和小型模组同时光照测试。

长寿命

稳定性:10000小时;

该部件选用高稳定长寿命进口灯珠,定制高热容铝合金散热片,无极调速矩阵式风冷和压缩制冷循环水冷两种散热方式保障了光源在连续光照工作的寿命。在维持光源光照强度的前提下,大大延缓了光源光强的衰退。

材质优选

进口灯珠;高热容 7075 铝合金氧化烤漆灯体/高强度304不锈钢磨砂烤漆灯体。

光强可调节:

0.1-4 Sun等效光强可调节;20W-900W可调功率区间,约180W使钙钛矿太阳能电池生成一个太阳模拟器下输出的电流。

波长范围

单波长450nm

可定制:

光强接受非标定制,出货灯板等效光强最高达到7sun;灯板面积接受非标定制,出货灯板面积最大达到1000mm×600mm,可更大。

安全可靠:

漏电保护&过压过流保护系统。

光源光谱图

两种光源方案的对比


3A级LED太阳光模拟器
LED白光光源
光谱范围
350nm~1100nm
450nm
光谱匹配等级
A+
均匀性
A
时间稳定性
A+
A

1.1.2、测试系统

本系统可配置独立单通道测量系统和单通道轮询测量系统,以下分别做介绍

多通道并行测试系统

采用小功率可编程直流电子负载卡,具有高精度、高可靠性、全功能(恒流,恒压,恒功率,恒电阻)、便于集成等特点。具备OCP/OVP/OPP/OTP多重保护,配备高速LAN接口,在绝大部分集成应用中可代替小功率单体电子负载并为用户大幅节省成本,尤其适合高校、科研院所应用。

产品特点:

功率范围:20W/25W/50W

电压范围:0~20V/0~60V/0~100V

单机10/19通道,通道间隔离

OCP/OVP/OPP/OTP多重保护

电流范围:0~1A/0~5A/0~10A

工作模式:CC、CV、CP、CR、CCD

支持LAN通讯,LAN双接口

支持模拟短路、带/卸载锁存等功能

参数规格表

型号LS-8091A
最大电压60V
最大电流5A
最大功率50W

恒电流模式
量程0-250mA0-5A
分辨率16bits
精度(23±5℃)0.02%+0.05%F.S.(大量程),0.02%+0.5%F.S.(小量程)

恒电压模式
量程0-60V
分辨率16bits
精度(23±5℃)0.02%+0.05%F.S.

恒电阻模式
量程0.2~10000Ω
分辨率16bits
精度(23±5℃)0.1%+0.1%F.S.

恒功率模式
量程0-50W
分辨率16bits
精度(23±5℃)0.1%+0.1%F.S.

电流测量
量程0-250mA0-5A
分辨率16bits
精度(23±5℃)0.02%+0.05%F.S.(大量程),0.02%+0.5%F.S.(小量程)

电压测量
量程0-60V
分辨率16bits
精度(23±5℃)0.02%+0.05%F.S.

其他
通讯接口LAN
通讯响应时间≤10ms
输入220V AC±10% ,频率47Hz-63Hz
温度规格工作温度:0℃-40℃;存储温度:-20℃-60℃
工作环境海拔:<2000m;相对湿度:5%-90%(无结露);使用气压:80-110kPa

单通道轮询测量系统

本系统采用吉时利24XX系列源表+自研源表通道扩展器可将单通道吉时利24XX系列源表拓展成24通道实现多通道轮询测量
24XX系列源表
源表通道切换器

两种测量方案的对比


多通道并行测试系统
单通道轮询测量系统
测量精度
由我方提供的电子负载卡决定,具体参数见电子负载卡参数表
与吉时利24XX测量精度一致
测量方式
并行测量,每一个通道可以同时测量
轮询测量,测完一个通道接着再测下一个通道
可测参数
无区别
测量参数设置
起始电压、终点电压、扫描步长等每通道可独立设置
起始电压、终点电压、扫描步长每通道需保持一致

1.1.3、测试夹具

本公司可定制通N2样品腔体,通过密封圈进行密封防止泄露,通过气密性的多芯电源线引入电线到腔体内部实现电气接入。这种方式更容易操作。

一体化多通道氮封控温夹具

氮封半导体控温夹具

●供电:DC12V

●功耗:150W

●控温范围:降温极限:低于室温10℃   升温极限:85℃

●温度稳定度:±0.3

●氮气控制压力:<2kpa

氮封夹具可按照用户时间电池尺寸与电极分布个性化定制

多通道分体式氮封控温夹具

常规环境下控温:需要测试自行进行可控的封装电池,将电池通过水冷板、加热板进行电池控温,控温水冷测试基台5℃-35℃,精度±1℃;控温加热测试基台RT-120℃,精度±0.5℃。本公司可定制任意尺寸的水冷板和加热板

氮封夹具本体

控温加热台

控温冷却台

1.2、软件系统

本软件除支持以MPPT测试模式外,还增加了恒压(如开路电压)和恒流老化(如短路电流)测量模式

IV测试

本软件支持设置起始电压、终点电压、扫描步长、正反IV扫描功能

IV曲线

PV曲线

●MPPT追踪模式


MPPT扫描模式下的P-T曲线

运用微扰算法,测试过程中不断地反馈修正太阳能电池的最大功率点位置,使电池长时间保持在最大功率放电状态, 放电过程实时监控输出功率, 通过设定测试时长和扫描间隔时间采集记录最大功率随时间变化的值和P-t曲线。时间显示单位可选择为具 体日期/天/小时/分钟。在MPPT追踪时,在总测试时常内(如1000小时)定期扫描正反扫 IV 曲线(如每10小时扫描一次) ,记录电池VOC、ISC、FF和PCE等四个关键性能指标随时间变化的情况(1000小时内100个数据点)。注意,此时给出电池的P-t和PCE-t (正反扫)都是有意义的,P-t的数据点可能达到数十万个(如每10秒记录一个P点,则1000小时内总共360000数据点),远多于PCE-t的数据点。实际上由于迟滞效应的存在, PCE-t不论是正扫还是反扫结果都有一定误差,P-t更准确的反映了钙钛矿太阳能电池真实功率的变化。


●恒压模式

恒压测量模式下的P-T曲线

与MPPT一样要通过定期扫描IV,得到四个关键性能指标随时间变化的情况,但电池在定期IV扫描之间,处于恒压模式状态。即通过源表采用恒压模式,控制源表负载处于固定的V或动态Vmpp,监控器件I-t和P-t的变化情况。此时的P-t不一定是最大功率,但仍有一定物理意义和研究价值,尤其是针对偏压下钙钛矿离子移动的情况。其中V可设定为0- VOC之间的任意恒定值,也可设定为前一次IV测试正扫或反扫得到的Vmpp。如果设定为恒定V值,则在整个测试时间范围内,电池一直处于恒定偏压V作用下不变。如果设定为前一次IV测试 的Vmpp,则通过固定期限内的IV扫描进行动态调整,但在两次IV测试之间则是固定在Vmpp,注意正扫和反扫Vmpp是不同的。控制在动态的Vmpp,这种模式也有类似MPPT的地方,但与 MPPT的细微差异在于,在两次IV测试之间,Vmpp是恒定不变的,而MPPT模式下,V在任意 时刻都是实时变动的。很多文献采用最初始的Vmpp,1000小时内保持恒定Vmpp初始值不变,这个测试与本处的变动Vmpp相比,距离真实的最大功率误差更大,而本处的变动Vmpp,又比前面的MPPT距离真实最大功率稍有误差。

恒流模式

恒流测量模式下的P-T曲线

恒流模式与MPPT一样要通过定期扫描IV,得到四个关键性能指标随时间变化的情况,但电池在定期IV扫描之间,处于恒流模式状态。即通过源表采用恒流模式,控制源表负载处于固定的I或动态I(mpp),监控器件V-t和P-t的变化情况。其中I可设定为0-I(SC)之间的任意恒定值, 也可设定为前一次IV测试正扫或反扫得到的I(mpp)。如果设定为恒定I值,则在整个测试时间范围内,电池一直处于恒定电流I作用下不变。如果设定为前一次IV测试的I(mpp),则通过固定期限内的IV扫描进行动态调整,但在两次IV测试之间则是固定在I(mpp),注意正扫和反扫I(mpp)是不 同的。控制在动态的I(mpp),这种模式与前述控制在动态V(mpp)有类似之处,得到的数据存在特定的科研价值。

二、客户案例

案例一:上海某高校

LED白光光源  | 并行测量方案 | 分体式氮封控温夹具


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