Тестове, проведени от Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) в Германия, показаха, че перовскитните слънчеви клетки, работещи на високи географски ширини в Европа, може да страдат от по-големи загуби на производителност през зимата, в сравнение с конвенционалните фотоволтаични устройства. Учените обаче предупредиха, че на по-ниски географски ширини тази сезонност може да е по-слабо изразена.
Група изследователи от HZB проведе 4-годишни тестове на открито на стандартни перовскитни слънчеви клетки в едно от своите съоръжения в Германия. Тестът установи, че фотоволтаичните устройства на базата на перовскит може да страдат от „висока сезонност“ – по-висока в сравнение с конвенционалните слънчеви клетки.
Учените заявиха, че тестването е най-дългото, провеждано някога върху набор от перовскитни фотоволтаични системи на открито. Липсата на дългогодишен реален опит остава една от най-големите пречки пред пазарната реализация на този вид фотоволтаици, тъй като дългосрочната стабилност на устройството, а не ефективността, все още представлява голямата неизвестност както на изследователско, така и на индустриално ниво.
Направените измервания са проведени на открито тестово поле в Берлин със стандартни перовскитни слънчеви клетки, ламинирани от стъкло-стъкло и базирани на субстрат, изработен от индиево-тиаминов оксид (ITO), слой 2PACz, перовскитен абсорбатор с енергийна забранена зона от 1,65 eV, електронен транспортен слой (ETL), изработен от бъкминстерфулерен (C60), буферен слой от калаен оксид (SnOx) и метален контакт от мед (Cu).
„Показаните устройства са най-стабилните, които сме наблюдавали на открито; следователно този набор и данните от него са подходящи за обсъждане на сезонните ефекти“, обясниха учените. Те уточниха, че тестовото съоръжение е изложено на висока радиация и високи температури през лятото, както и на ниска радиация и ниски температури през зимата.
В края на анализирания 4-годишен период академиците са установили, че перовскитните клетки предлагат добра стабилност „от лято до лято“, като устройствата имат минимални загуби на производителност през първите две лета и по-малко от 15% загуби през следващите лета. За разлика от това, устройствата се оказват с 30% по-малко ефективни през зимата в сравнение с лятото.
Изследователите са идентифицирали четири фактора, водещи до тази разлика в производителността:
- промени в спектралните условия;
- ефект на температурния коефициент;
- хистерезис в характеристиките плътност-напрежение на тока (J-V) и свързаните с него загуби от проследяване на MPP;
- перовскитна „метастабилност“, която се състои от всички процеси, причиняващи разграждане на перовскита.
Що се отнася до първия фактор – сезонните промени в слънчевия спектър – групата казва, че те могат да доведат до 10% разлика в генерирания ток между лятото и зимата при едни и същи нива на облъчване.
„В сравнение с Берлин, местата по-близо до Екватора изпитват по-слабо изразени сезонни спектрални вариации поради влиянието на географската ширина върху сезонните вариации на въздушната маса“, уточниха учените. „Следователно, относително високите промени в генерирания ток поради спектрални измествания, наблюдавани на нашето място, биха били намалени в по-екваториални региони“.
По отношение на температурните промени, които зависят най-вече от местоположението на проекта, изследователите наблюдават, че тяхното влияние е до голяма степен свързано със състоянието и възрастта на клетките.
Анализът на метастабилността идентифицира „проникването на светлина“ като най-често срещания проблем. „Загубите от проникването на светлина на места с висока инсолация и околни температури през цялата година могат да бъдат повече от два пъти по-ниски в сравнение с места с по-неблагоприятни условия“, отбелязват учените.
„В изследваните перовскитни слънчеви клетки тези загуби са свързани с величината на J-V хистерезиса, който се увеличава значително при стари устройства и при ниски работни температури. В резултат на това енергийният добив на наблюдаваните устройства се намалява през третата и четвъртата зима“, уточниха те.
