[논문 리뷰] Transient Analysis during Maximum Power Point Tracking (TrAMPPT) to Assess Dynamic Response of Perovskite Solar Cells

Aniela Czudek, Katrin Hirselandt외 9명|arXiv (Cornell University)|2019. 06. 12.

Perovskite Materials and Applications참고 문헌 40인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 최대출력점 추적(MPPT) 중 일시적 반응을 분석하여 perovskite 태양전지의 J-V 측정에 적합한 최적의 정체 시간을 결정하는 TrAMPPT 방법을 소개한다. 이 방법은 다수의 스캔 속도 테스트에 의존하지 않고 안정 상태 조건을 식별함으로써 더 빠르고 신뢰할 수 있는 효율성 평가를 가능하게 하며, 동적 반응 추적을 통한 장기적 노화 모니터링도 지원한다.

ABSTRACT

Determination of the device performance parameters of perovskite solar cells is far from trivial as transient effects may cause large discrepancies in current-voltage measurements as a function of scan rate and pre-conditioning. Maximum power point tracking, MPPT, enables to determine the steady-state maximum power conversion efficiency. However, the MPPT does not provide any information on the device performance parameters, which are reliable only if extracted from current-voltage curves collected under steady-state conditions. We show that is possible to determine the shorter settling or delay time suitable to carry out J-V measurements under steady-state conditions by analysis of the transient device response around the MPP. This procedure proves to be more time-efficient than measurement J-V measurements at a variety of scan rates. Furthermore, the generic algorithm presented here can be implemented to assess changes in the dynamic response of devices during long-term device ageing.

연구 동기 및 목표

• 일시적 효과와 스캔 속도 의존성으로 인한 perovskite 태양전지의 J-V 측정 불일치 문제를 해결하기 위해.
• 다양한 스캔 속도를 사용하지 않고도 안정 상태 J-V 측정을 위해 필요한 최소 정체 시간을 특정하기 위해.
• 신뢰할 수 있는 성능 파rameter를 도출하기 위해 기존의 스캔 속도 변화 방법에 대한 시간 효율적인 대안을 개발하기 위해.
• 장기적 장치 노화 동안의 동적 반응 변화를 실시간으로 모니터링할 수 있도록 하기 위해.
• 일관된 성능 평가를 위해 다양한 perovskite 태양전지 장치에 적용 가능한 일반화된 알고리즘을 제공하기 위해.

제안 방법

• TrAMPPT 방법은 활성 MPPT 작동 중 최대출력점(MPP) 주변의 일시적 전류 및 전압 반응을 분석한다.
• MPPT 동안 장치 출력의 시간에 따른 변화를 추적하여 전류-전압 곡선이 안정화되는 시점을 식별함으로써 안정 상태 조건을 확인한다.
• 최대 출력을 유지하면서 일시적 거동를 기록하기 위해 지속적으로 작동점을 조정하는 동적 추적 프로토콜을 사용한다.
• 최종 J-V 곡선에서의 편차가 사전 정의된 허용 오차 이내로 떨어지는 지점으로서 정체 시간 임계값을 설정한다.
• 특수 하드웨어가 필요 없는 표준 J-V 측정 설정에 통합된 MPPT 제어를 사용하여 구현된다.
• 다양한 perovskite 태양전지 구조 및 노화 조건에 일반화 가능하도록 알고리즘을 설계하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 perovskite 태양전지에서 안정 상태 조건을 확보하기 위해 J-V 측정에 필요한 최소 정체 시간은 얼마인가?
• RQ2 MPPT 중의 일시적 반응은 스캔 속도 의존성에 기인한 측정 오차와 어떻게 관련이 있는가?
• RQ3 TrAMPPT는 성능 파rameter 추출을 위해 다수의 스캔 속도 측정을 신뢰성 있게 대체할 수 있는가?
• RQ4 TrAMPPT는 장기적 장치 노화 중 동적 반응 변화를 어느 정도 감지할 수 있는가?
• RQ5 TrAMPPT 방법은 다양한 perovskite 태양전지 조성 및 장치 구조에 적용 가능한가?

주요 결과

• TrAMPPT는 안정 상태 J-V 측정을 위해 필요한 최소 정체 시간을 성공적으로 식별하여 기존의 스캔 속도 변화 방법에 비해 측정 시간을 단축시켰다.
• 일시적 효과가 감소한 후에만 측정을 수행함으로써 일관된 성능 파rameter 추출을 달성하였다.
• 알고리즘은 장치 노화 중 동적 반응 변화를 신뢰성 있게 평가할 수 있게 하여 장기적 안정성 모니터링을 지원한다.
• 다양한 스캔 속도로 측정하는 것과는 달리, TrAMPPT는 시간 효율적인 대안을 제공하여 광범위한 데이터 수집이 필요 없도록 하였다.
• 이 방법은 하드웨어 수정 없이도 다양한 perovskite 태양전지 장치 간에 일반화되고 이식 가능하다.
• MPPT 중 일시적 반응 분석을 통해 안정된 MPP를 확보함으로써, 이 방법이 진정으로 안정 상태 성능을 식별하는 데 있어 강건함을 입증하였다.