[论文解读] 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 8

一句话总结

该论文提出TrAMPPT方法，通过在最大功率点跟踪（MPPT）过程中分析瞬态响应，确定钙钛矿太阳能电池J-V测量的最佳稳定时间。该方法可实现更快、更可靠的效率评估，无需进行大量扫描速率测试即可识别稳态条件，并可通过动态响应跟踪实现长期老化监测。

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.

研究动机与目标

• 解决钙钛矿太阳能电池J-V测量中因瞬态效应和扫描速率依赖性导致的不一致性问题。
• 在不依赖多种扫描速率的情况下，识别实现稳态J-V测量所需的最小稳定时间。
• 开发一种替代传统扫描速率变化的高效时间方案，以确定可靠的性能参数。
• 实现实时监测长期器件老化过程中动态响应的变化。
• 提供一种适用于各类钙钛矿太阳能电池器件的通用算法，实现一致的性能评估。

提出的方法

• TrAMPPT方法分析在主动MPPT运行期间，最大功率点（MPP）附近的瞬态电流和电压响应。
• 通过跟踪MPPT过程中器件输出的时间演化，识别电流-电压曲线趋于稳定的时间点，从而判断达到稳态条件。
• 该方法采用动态跟踪协议，持续调整工作点以保持最大功率输出，同时记录瞬态行为。
• 将稳定时间阈值定义为：与最终J-V曲线的偏差低于预设容差的时刻。
• 该方法在标准J-V测量装置中实现，集成MPPT控制，无需专用硬件。
• 该算法设计具有通用性，可适用于不同钙钛矿太阳能电池结构及老化条件。

实验结果

研究问题

• RQ1 钙钛矿太阳能电池中J-V测量达到稳态条件所需的最小稳定时间是多少？
• RQ2 MPPT过程中的瞬态行为与扫描速率依赖性测量偏差之间有何关联？
• RQ3 TrAMPPT能否可靠替代多次扫描速率测量以提取性能参数？
• RQ4 TrAMPPT在多大程度上可检测长期器件老化过程中动态响应的变化？
• RQ5 TrAMPPT方法是否适用于多种钙钛矿太阳能电池组成和器件结构？

主要发现

• TrAMPPT成功识别出实现稳态J-V测量所需的最小稳定时间，相比传统扫描速率变化方法显著缩短了测量时间。
• 该方法通过确保仅在瞬态效应衰减后进行测量，实现了性能参数提取的一致性。
• 该算法能够可靠评估器件老化过程中动态响应的变化，支持长期稳定性监测。
• TrAMPPT提供了一种高效的时间替代方案，避免了在多种扫描速率下进行测量，无需收集大量数据。
• 该方法具有通用性，可适用于不同钙钛矿太阳能电池器件，无需硬件修改。
• 在MPPT过程中对瞬态响应的分析可获得稳定的MPP，证实了该方法在识别真实稳态性能方面的鲁棒性。