[論文レビュー] Transient Analysis during Maximum Power Point Tracking (TrAMPPT) to Assess Dynamic Response of Perovskite Solar Cells

Aniela Czudek, Katrin Hirselandt+9 more|arXiv (Cornell University)|Jun 12, 2019

Perovskite Materials and Applications参考文献 40被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、最大出力追従制御（MPPT）中の一時的応答を分析することで、ペロブスカイト太陽電池におけるJ-V測定の最適な安定化時間を特定するTrAMPPT手法を紹介する。この手法により、多数のスキャンレートを用いたテストに依存せずに、安定状態に達した条件を特定できるため、測定が高速かつ信頼性が向上し、長期的な劣化モニタリングも動的応答の追跡によって可能になる。

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.

研究の動機と目的

• 一時的効果やスキャンレート依存性に起因するペロブスカイト太陽電池のJ-V測定における不一致を解消すること。
• 複数のスキャンレートに依存せずに、安定状態のJ-V測定に必要な最小安定化時間を特定すること。
• 信頼性の高い性能パラメータを特定するための従来のスキャンレート変更法の時間効率に優れた代替手法を開発すること。
• 長期的なデバイス劣化中に生じる動的応答の変化をリアルタイムでモニタリングすること。
• 一貫した性能評価が可能な、ペロブスカイト太陽電池デバイスに汎用的に適用可能なアルゴリズムの提供

提案手法

• TrAMPPT手法は、アクティブなMPPT作動中に最大出力点（MPP）周辺の一時的電流および電圧応答を分析する。
• MPPT中のデバイス出力の時間的変化を追跡し、電流-電圧曲線が安定化する時点（すなわち安定状態に達する時点）を特定する。
• 最大出力出力を維持しながら、作動点を継続的に調整する動的追跡プロトコルを用いる。この際、一時的挙動を記録する。
• 安定化時間のしきい値は、最終的なJ-V曲線からの偏差が事前に定めた許容誤差以下に下がる時点として決定される。
• 特別なハードウェアを必要とせず、標準的なJ-V測定セットアップにMPPT制御を統合する形で実装可能である。
• アルゴリズムは、さまざまなペロブスカイト太陽電池の構造および劣化状態に一般化可能に設計されている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ペロブスカイト太陽電池において、J-V測定が安定状態に達するための最小安定化時間は何か？
• RQ2 MPPT中の一時的挙動とスキャンレート依存性による測定誤差の相関関係は何か？
• RQ3 TrAMPPTは、性能パラメータ抽出のための複数のスキャンレート測定を信頼性高く代替できるか？
• RQ4 TrAMPPTは、長期的なデバイス劣化中に生じる動的応答の変化をどの程度検出できるか？
• RQ5 TrAMPPT手法は、さまざまなペロブスカイト太陽電池の組成およびデバイス構造に適用可能か？

主な発見

• TrAMPPTは、安定状態J-V測定に必要な最小安定化時間を的確に特定でき、従来のスキャンレート変更法に比べて測定時間を短縮した。
• 一時的効果が減衰した後に測定を実施することで、一貫した性能パラメータ抽出が可能になった。
• アルゴリズムにより、デバイス劣化に伴う動的応答変化の信頼性ある評価が可能となり、長期的安定性モニタリングが支援された。
• TrAMPPTは、複数のスキャンレートでの測定を不要とする時間効率の高い代替手法を提供し、膨大なデータ収集の必要性を排除した。
• 本手法は、ハードウェアの改造を要せず、さまざまなペロブスカイト太陽電池デバイスに汎用的かつ転送可能である。
• MPPT中の一時的応答解析により、安定したMPPが得られ、本手法が真の安定状態性能を的確に特定できるという堅牢性が裏付けられた。