Las células solares de perovskita (PSC) han alcanzado una eficiencia de conversión de energía (PCE) de hasta26,95%en condiciones de prueba estándar (STC). El enfoque actual de la investigación se ha desplazado de la mejora de la eficiencia amejora de la escalabilidad y la estabilidadBasado en cuatro años de datos de exteriores de Berlín, este estudio revela importantes fluctuaciones estacionales en el rendimiento de los PSC:Rendimiento estable en verano pero una disminución sustancial en invierno (hasta un 30%)Este fenómeno se atribuye a los efectos combinados de múltiples factores, como las variaciones espectrales, los coeficientes de temperatura, las pérdidas de MPPT y los efectos de la metaestabilidad. Las pruebas de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) permiten realizar pruebas caracterizadas por el clima para cuantificar con precisión el impacto de la dinámica de la metaestabilidad.
Diseño experimental
En Berlín (una zona de clima templado de baja irradiación), unacélula de perovskita con clavija encapsulada en vidrio-vidrio(estructura: ITO | 2PACz | Cs₀.₁₅ FA₀.₈₅ PbI₂.₅₅ Br₀.₄₅ | C₆₀ | SnO₂ | Cu, banda prohibida 1,65 eV) se sometió a unaExperimento de exposición al aire libre de 4 años
El sistema de adquisición de datos registró datos espectrales, de temperatura e irradiancia cada5 minutos, calculó el PCE diario promedio y volvió a probar periódicamente las celdas en condiciones STC en interiores.
Resumen de resultados al aire libre
Picos de PCE de verano: Sin degradación en los años 1 y 2; disminución acumulada de aproximadamente el 2 % para el año 4.
Mínimos del PCE de invierno: Ya30% menos en el primer invierno, con un descenso acumulado de invierno a invierno de aproximadamente el 40 % en cuatro años.
Datos de STC en interiores:Degradación lineal del 6%/año, pero influenciada por factores estacionales, la degradación de verano a verano en exteriores fue solo del 3%/año, mientras que la degradación de invierno a invierno alcanzó9%/año.
Factores de influencia estacional
1. Variaciones espectrales
Las condiciones espectrales son un factor crítico que afecta el rendimiento de las PSC. Los espectros en exteriores varían con las estaciones y las condiciones atmosféricas, y las PSC son más sensibles a los cambios espectrales debido a su estrecho rango de respuesta espectral (≈300–800 nm). Este estudio cuantificó el enriquecimiento de los espectros con luz azul y luz roja utilizandoEnergía fotónica promedio (APE)Los resultados mostraron que los espectros de verano están enriquecidos con luz azul, mientras que los espectros de invierno están enriquecidos con luz roja, lo que conduce a unadiferencia de corriente de hasta el 10%bajo niveles de irradiancia idénticos.
2. Coeficiente de temperatura
El coeficiente de temperatura (γ) de las PSC suele ser negativo, lo que indica que el rendimiento disminuye a medida que aumenta la temperatura. Sin embargo, a medida que las celdas envejecen, el coeficiente de temperatura del factor de llenado (FF) se vuelve positivo, lo que resulta enMejor rendimiento de los PSC envejecidos bajo altas temperaturas de veranoEsto contrasta marcadamente con las tecnologías fotovoltaicas tradicionales (por ejemplo, las células solares de silicio).
3. Histéresis de JV y pérdida de seguimiento de MPPT
La histéresis de JV es un fenómeno común en los PSC que afecta la precisión del seguimiento del punto de máxima potencia (MPP). Los experimentos demostraron que la histéresis aumenta significativamente con el envejecimiento y las bajas temperaturas, lo que reduce la calidad del seguimiento del MPPT.5 °C, la fluctuación del voltaje de seguimiento MPPT superó el 35 %, lo que provoca una pérdida significativa de energía. Este efecto es especialmente pronunciado en invierno, ya que reduce la producción energética de las PSC.
4. Efectos de la metaestabilidad de la perovskita
La metaestabilidad causada por el efecto de absorción de luz (LSE) es una característica distintiva de las perovskitas en comparación con la energía fotovoltaica tradicional. Los experimentos demostraron que las células nuevas alcanzan la saturación de luz en cuestión de minutos, mientras que las células envejecidas requieren...más de 72 horas de iluminación continuaSaturación. Además, la temperatura influye significativamente en el LSE. En condiciones de bajas temperaturas invernales y de baja luminosidad, el LSE permanece insaturado, lo que resulta en una ganancia de voltaje insuficiente y una degradación del rendimiento. Este efecto es un factor fundamental en el rendimiento estacional de los PSC.
La magnitud de las variaciones estacionales en las células solares de perovskita depende del clima y de las características del dispositivo. En comparación con Berlín, las regiones más cercanas al ecuador presentan cambios espectrales menores, lo que reduce las diferencias de corriente causadas por los desplazamientos espectrales. Además, las pérdidas por baja temperatura pueden reducirse en climas más cálidos. Sin embargo, las pérdidas de MPPT por envejecimiento y bajas temperaturas pueden intensificarse en climas más cálidos. La metaestabilidad sigue siendo un factor clave en el rendimiento estacional, especialmente en condiciones de bajas temperaturas invernales y de luz, donde la baja saturación del espectro electromagnético (LSE) provoca una degradación del rendimiento.
Conclusiones claveLas variaciones estacionales afectan significativamente el rendimiento de las células solares de perovskita, con caídas de la eficiencia en invierno de hasta un 30 % debido a cambios espectrales, efectos de la temperatura, pérdidas de MPPT y metaestabilidad. Las pruebas de MPPT son cruciales para cuantificar estos efectos y optimizar la estabilidad.
