As células solares de perovskita (PSCs) alcançaram uma eficiência de conversão de energia (PCE) de até26,95%sob condições de teste padrão (STC). O foco da pesquisa atual mudou da melhoria da eficiência paramelhoria de escalabilidade e estabilidade. Com base em quatro anos de dados externos de Berlim, este estudo revela flutuações significativas no desempenho sazonal dos PSCs:desempenho estável no verão, mas um declínio substancial no inverno (até 30%)Este fenômeno é atribuído aos efeitos combinados de múltiplos fatores, incluindo variações espectrais, coeficientes de temperatura, perdas de MPPT e efeitos de metaestabilidade. O teste de Rastreamento de Ponto de Máxima Potência (MPPT) permite que testes caracterizados pelo clima quantifiquem com precisão o impacto da dinâmica da metaestabilidade.
Design Experimental
Em Berlim (uma zona de clima temperado de baixa irradiação), umacélula de perovskita com pino encapsulado em vidro-vidro(estrutura: ITO | 2PACz | Cs₀.₁₅ FA₀.₈₅ PbI₂.₅₅ Br₀.₄₅ | C₆₀ | SnO₂ | Cu, bandgap 1,65 eV) foi submetido a umaExperimento de exposição ao ar livre de 4 anos
. O sistema de aquisição de dados registrou dados espectrais, de temperatura e de irradiância a cada5 minutos, calculou o PCE médio diário e retestou periodicamente as células em condições STC internas.
Visão geral dos resultados ao ar livre
Picos de PCE no verão: Nenhuma degradação nos anos 1–2; declínio cumulativo de ≈2% até o ano 4.
Calhas de PCE de inverno: Já30% menor no primeiro inverno, com um declínio cumulativo de inverno para inverno de aproximadamente 40% ao longo de quatro anos.
Dados STC internos: Degradação linear de 6%/ano, mas influenciada por fatores sazonais, a degradação de verão para verão ao ar livre foi de apenas 3%/ano, enquanto a degradação de inverno para inverno atingiu9%/ano.
Fatores de influência sazonais
1. Variações Espectrais
As condições espectrais são um fator crítico que afeta o desempenho das PSCs. Os espectros externos variam com as estações do ano e as condições atmosféricas, e as PSCs são mais sensíveis a mudanças espectrais devido à sua estreita faixa de resposta espectral (≈300–800 nm). Este estudo quantificou o enriquecimento dos espectros em luz azul e luz vermelha usando o métodoEnergia Média de Fótons (APE). Os resultados mostraram que os espectros de verão são enriquecidos em luz azul, enquanto os espectros de inverno são enriquecidos em luz vermelha, levando a umadiferença atual de até 10%sob níveis de irradiância idênticos.
2. Coeficiente de temperatura
O coeficiente de temperatura (γ) das PSCs é tipicamente negativo, indicando que o desempenho diminui com o aumento da temperatura. No entanto, à medida que as células envelhecem, o coeficiente de temperatura do fator de preenchimento (FF) torna-se positivo, resultando emmelhor desempenho de PSCs envelhecidos sob altas temperaturas de verão. Isso contrasta fortemente com as tecnologias fotovoltaicas tradicionais (por exemplo, células solares de silício).
3. Histerese de JV e perda de rastreamento de MPPT
A histerese JV é um fenômeno comum em PSCs que afeta a precisão do rastreamento do Ponto de Máxima Potência (MPP). Experimentos mostraram que a histerese aumenta significativamente em condições de envelhecimento e baixa temperatura, reduzindo a qualidade do rastreamento do MPPT.5°C, a flutuação da tensão de rastreamento do MPPT excedeu 35%, levando a uma perda significativa de energia. Este efeito é particularmente evidente no inverno, reduzindo a produção de energia das unidades de energia elétricas (PSCs).
4. Efeitos de metaestabilidade da perovskita
A metaestabilidade causada pelo efeito de absorção de luz (LSE) é uma característica fundamental que distingue as perovskitas dos fotovoltaicos tradicionais. Experimentos descobriram que células novas atingem a saturação de luz em minutos, enquanto células envelhecidas requeremmais de 72 horas de iluminação contínuasaturar. Além disso, a temperatura influencia significativamente o LSE. Sob baixas temperaturas de inverno e condições de luminosidade, o LSE permanece insaturado, resultando em ganho de tensão insuficiente e degradação do desempenho. Este efeito é um fator primordial no desempenho sazonal das unidades de energia.
A magnitude das variações sazonais em células solares de perovskita depende do clima e das características do dispositivo. Em comparação com Berlim, regiões mais próximas ao Equador apresentam menores variações espectrais, reduzindo as diferenças de corrente causadas por deslocamentos espectrais. Além disso, as perdas em baixas temperaturas podem ser reduzidas em climas mais quentes. No entanto, as perdas de MPPT com o envelhecimento e baixas temperaturas podem se intensificar em climas mais quentes. A metaestabilidade continua sendo um fator-chave no desempenho sazonal, especialmente em baixas temperaturas de inverno e condições de luminosidade, onde a insaturação de LSE leva à degradação do desempenho.
Principais conclusõesVariações sazonais impactam significativamente o desempenho das células solares de perovskita, com quedas de eficiência de até 30% no inverno devido a mudanças espectrais, efeitos de temperatura, perdas de MPPT e metaestabilidade. Os testes de MPPT são essenciais para quantificar esses efeitos e otimizar a estabilidade.
