隨著鈣鈦礦太陽能電池技術的不斷發展和成熟，其在替代傳統硅電池、解決電能需求增長和環境污染等問題上具有巨大的潛力。然而，穩定性一直是制約其商業化應用的關鍵問題之一。通過制定和遵循相應的國際標準，可以有效地提高鈣鈦礦太陽能電池的穩定性和可靠性，推動其商業化進程。

鈣鈦礦穩定性標準

穩定性評判標準目前有兩套成熟的體系可參考，分別由IEC和ISO兩個組織頒布，其中兩者互有交叉。

國際電工委員會（IEC）是一個包含各國電工委員會的國際標準組織。IEC的目的是推進電子電氣領域的標準相關問題的國際合作。為此目的及除此之外的其他活動，IEC制定國際標準，技術規范，技術報告以及公開的規范和指導（以下簡稱IEC出版物）。他們的準備工作委托給技術委員會，任何對此感興趣的IEC國家委員會將可能參與進此制定工作。國際上與IEC有關的政府或非政府組織也都參與進此制定工作。IEC與國際標準化組織（ISO）按照兩者達成共識的條件密切合作。

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International Summit on Organic Photovoltaic Stability (ISOS)?

借鑒OPV領域制定的International Summit on Organic Photovoltaic Stability (ISOS) 協議，為鈣鈦礦電池也制定了一套量身定做的測試標準。（參考文獻：Nature Energy volume 5, pages35–49 (2020)）測試標準核心內容如下：

根據測試條件不同分為7套，每套都有1，2，3三個級別，數字越大，代表測試的級別越高，數據越可靠，但對應的測試成本和難度也更大。

一、ISOS-D（暗態存儲穩定性）

無光源，無負載。1級別為室溫，環境濕度；2級別為65或85攝氏度，環境濕度；3級別為65或85攝氏度，85%相對濕度（也就是IEC標準里的雙85測試）。

二、ISOS-V（暗態偏壓穩定性）

光源，如施加正偏壓，偏壓數值可以設置為VMPP，Voc，Eg/q，Jsc；如施加負偏壓，偏壓數值可以設置為-Voc，-JMPP。該測試下1，2，3級別的區別與ISOS-D相同。

三、ISOS-L（光照穩定性)? ?

光源建議是太陽光模擬器，沒有條件的也可以用LED燈或鹵素燈代替，但要注明光源性質。1級別為室溫，環境濕度，負載為MPP點電壓或開壓；2級別為65或85攝氏度，環境濕度，負載為MPP點電壓或開壓；3級別為65或85攝氏度，50%相對濕度，負載為MPP點電壓。

四、ISOS-D（戶外穩定性）

光源是太陽光，要注明所處地理位置。1，2，3級別均為戶外溫度，濕度，區別在于1級別負載為MPP點電壓或開壓，器件性能測試光源為太陽光模擬器；2級別負載為MPP點電壓或開壓，器件性能測試光源為太陽光；3級別負載為MPP點電壓，器件性能測試光源為太陽光模擬器和太陽光。

五、ISOS-T（溫度循環穩定性）

無光源，無負載。1，2級別是從室溫到65或85攝氏度，環境濕度；3級別是從-40到85攝氏度，相對濕度小于55%（也就是IEC標準里的濕凍測試）。

六、ISOS-D（光循環穩定性）

光源建議是太陽光模擬器，沒有條件的也可以用LED燈或鹵素燈代替，并且周期性開關（如1小時開，1小時關；12小時開，12小時關等，具體詳見原文獻）。1級別為室溫，環境濕度，負載為MPP點電壓或開壓；2級別為65或85攝氏度，環境濕度，負載為MPP點電壓或開壓；3級別為65或85攝氏度，小于50%相對濕度，負載為MPP點電壓。

七、ISOS-LT（光照溫度循環穩定性）

光源建議是太陽光模擬器，沒有條件的也可以用LED燈或鹵素燈代替，負載為MPP點電壓或開壓。1級別是從室溫到65攝氏度，環境濕度；2級別是從5到65攝氏度，50%相對濕度；3級別是從-25到65攝氏度，50%相對濕度。

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IEC61215?光伏組件標準

此外，鈣鈦礦光伏組件的穩定性評判也參考了目前晶硅光伏組件的評判標準。

IEC6125：規定了適合在露天氣候條件下長期運行的陸地光伏組件的設計確認要求。合格的組件的使用壽命取決于其設計、環境和運行條件。測試結果不被視為組件壽命的定量預測，IEC61215系列標準自1993年第一次發布以來，就成為光伏組件設計鑒定與定型的基礎評估標準，其發展動態也備受業內關注。IEC61215最新版系列標準于2021年初發布，其測試程序及流程如下。

一. 外觀檢查? ??

目的:檢查組件中的任何外觀缺陷

在不低于1000lx的照度下，對每一個組件仔細檢查下列情況：

開裂、彎曲、不規整或損傷的外表面;

破碎的太陽電池;

有裂紋的太陽電池;

互聯線或接頭有缺陷;

太陽電池相互接觸或與邊框接觸;

粘合連接失效;

在組件的邊框和電池之間形成連續通道的氣泡或脫層

在塑料材料表面有粘污物;

引出端失效，帶電部件外露;

可能影響組件性能的其它任何情況。

二. 最大功率確定? ??

目的:確定組件在各種環境試驗前后的最大功率，試驗的重復性是最重要的因素。

實驗過程:使用自然光或符合IEC904-9的B級或更優的模擬器，測試組件在特定輻照度和溫度條件(推薦范圍電池溫度:25℃到50℃;輻照度:700W·m-2到1100 W·m-2)下的電流一電壓特性。

組件是為特定條件下工作而設計，可以采用與預期工作條件相近的溫度及輻照度水平進行測量。為了減少修正幅度，應努力使最大功率的測量盡可能在相同工作條件下進行，即對一個特定組件應在盡量相同的溫度和輻照度下進行最大功率的測量。最大功率測量重復性必須優于±1%。

三. 絕緣耐壓? ??

目的:測定組件中的載流部分與組件邊框或外部之間的絕緣是否良好。

程序:

1. 以不大于500V·s-1的速率增加絕緣測試儀的電壓，直到等于1000V加上兩倍的系統最大電壓(即由制造商標注在組件上的最大系統電壓)。如果系統的最大電壓不超過50V，所施加的電壓應為500V，維持此電壓1min。

2. 降低電壓到零，將絕緣測試儀的正負極短路使組件放電。

3. 拆去絕緣測試儀正負極的短路。

4. 以不大于500V·s·1的速率增加絕緣測試儀的電壓，直到等于500V或組件最大系統電壓的高值。維持此電壓2min然后測量絕緣電阻。

5. 降低電壓到零，將絕緣測試儀的正負極短路使組件放電。

6. 拆去絕緣測試儀與組件的連線及正負極的短路線，在步驟c)中，無絕緣擊穿或表面無破裂現象。

注：對于面積小于0.1m2的組件絕緣電阻不小于400MΩ.

對于面積大于0.1m2的組件，測試絕緣電阻乘以組件面積應不小于40MΩ·m2。

?四. 溫度系數測量? ??

目的:從組件試驗中測量其電流溫度系數(a)、電壓溫度系數(β)和峰值功率溫度系數(8)。如此測定的溫度系數，僅在測試中所用的輻照度下有效:參見IEC 60904-10對組件在不同輻照度下溫度系數評價。

試驗過程:

將測試組件安裝在改變溫度的設備中，安裝標準光伏器件到模擬器光束內，連接到使用儀器上。

將輻照度設定在測試組件的產生短路電流上。使用標準光伏電池使整個試驗期間的輻照度維持在該水平

加熱或冷卻組件到感興趣的一個溫度，一旦組件達到需要的溫度就進行Isc,Voc和峰值功率的測量。在至少30℃感興趣溫度范圍上，以大約5℃的溫度步長改變組件的溫度，重復測試Isc,Voc和峰值功率的測量。

注:在每個溫度可測量完整的電流一電壓特性，以確定隨溫度變化的最大工作點電壓和最大工作點電流。

五.?電池標準工作溫度的測量? ??

目的:測定組件的標稱工作溫度(NOCT);

原理:在標準參考環境所描述的環境條件范圍內，該方法收集電池試驗的真實溫度數據。數據給出的方式，允許精確和重復地確定標稱工作溫度。

試驗過程:

1.數據要求:輻照度低于400W·m-2;在10min期間記錄輻照度變化從最大值到最小值超過10%以上之后10min間隔;風速在1 m·m-1±0.75 m·m-1范圍以外;環境溫度在20℃+15℃范圍以外，或變化超過5℃;在風速超過4m·m-1的疾風之后10min內;風向在東或西+20°范圍內。

2.至少選10個可采用的數據點，覆蓋300W·m-2以上的輻照度范圍，確保包含當地正午前后的數據，作(T-Tmb)隨輯照度變化的曲線，通過這些數據點用回歸分析做擬合，

3.確定在800W·m-2時的(T-Tamb)值，加上20℃即給出標稱工作溫度的初步值。

4.使用可采用的數據點，計算平均環境溫度Tmb，平均風速V，并從圖2中定出適當的修正因子。

5.修正因子與初步的標稱工作溫度之和即為組件的標稱工作溫度值，它是校正到20℃和1m·s-時的值注:在每個溫度可測量完整的電流一電壓特性，以確定隨溫度變化的最大工作點電壓和最大工作點電流。

6. 標準測試條件和標稱工作溫度下的性能? ??

目的:

在標準測試條件(1000W·m-2，25℃電池溫度，GB/T 6495.3的標準太陽光譜輻照度分布)和標稱工作溫度和輻照度為800 W·m-2,且滿足GB/T 6495.3的標準太陽光譜輻照度分布條件下，確定組件隨負荷變化的電性能。

程序:

1.標準測試條件

保持組件溫度在25℃，用自然光或符合IEC904-9 要求的B級或更優模擬器，在1000Wm-2輻照度(用適當的標準電池測定)下，測量其電流-電壓特性。

2.標稱工作溫度

用自然光或符合IEC 904-9 要求的B級或更優模擬器，在800 W·m-2輻照度(用適當的標準電池測定)下，將組件均勻加熱至標稱工作溫度，測量其電流-電壓特性。

注:如果標準電池的光譜響應與測試組件不相同，用IEC 60904-7的方法計算光譜失配修正。

七.低輻照度下的性能? ??

目的:在25℃和輻照度為200 Wm-2(用適當的標準電池測定)的自然光或符合IEC 904-9要求的B級或更優模擬器下確定組件隨負荷變化的電性能。

試驗過程:

在25°℃+2°℃和輻照度為200 W·m-2(用適當的標準電池測定)的自然光或更優模擬器下，測量組件的電流-電壓特性。用中性濾光器或其它不影響光譜輻照度分布的技術將輻照度降低至特定值。

八.室外暴曬試驗? ??

目的:初步評價組件經受室外條件曝曬的能力，并可使在實驗室試驗中可能測不出來的綜合衰減效應揭示出來。

試驗過程: 將組件至于室外暴曬,用監測儀測量,使組件受到的總輻射量為60kWh·m-2。

九.熱斑耐久試驗? ??

目的:確定組件承受熱斑加熱效應的能力,如這種效應可能導致焊接熔化或封裝退化,電池不匹配或裂紋、內部連接失效、局部被遮光或弄臟均會引起這種缺陷。

熱斑效應:當組件中的一個電池或一組電池被遮光或損壞時,工作電流超過了該電池或電池組降低了的短路電流在組件中會發生熱斑加熱,此時受影響的電池或電池組被置于反向偏置狀態,消耗功率,從而引起過熱。

串聯連接方式

A.將不遮光的組件在不低于700W·m-的輻射源1下照射，測試其I-V特性和最大功率點的電流IMP。B.使組件短路，用下列方法之一選擇一片電池:

1.組件在穩定的、輻照度不低于700W·m-的輻射源1照射下，用適當的溫度探測器(推薦使用紅外照像儀)測定最熱的電池。

2.在規定的輻照度下，依次完全擋住每一個電池，當它被擋住時,短路電流減小最大。在這一過程中，輻照度的變化不超過5%。

C.在所規定的輻照度(±3%內)下，完全擋住選定的電池，檢查組件的ISC是否比步驟a)所測定的IMP小。如果這種情況不發生，就不能確定在一個電池內產生最大消耗功率的條件。

D.逐漸減少對所選擇電池的遮光面積，直到組件的ISC最接近IMP，此時在該電池內消耗的功率為最大。

E.用輻射源2照射組件，記錄ISC值，保持組件在消耗功率為最大的狀態，必要時，重新調整遮光，使ISC維持在特定值。在此過程中組件的溫度應該在50°C±10°C

F.保持此狀態經過5h的曝曬。

串聯-并聯連接方式

A.將不遮光的組件在不低于700W.m·的輻射源1下照射，測試其[-V特性，假定所有串聯組產生的電流相同，用下列方程計算熱斑最大功率消耗時對應的短路電流(*):

B.使組件短路，用下列方法之一選擇一片電池:1)組件在穩定的、輻照度不低于700W·m-2的輻射源照射下，用適當的溫度探測器測定最熱的電池。2)依次完全擋住每一個電池，當它被擋住時，短路電流減小得最多。在這一過程中，輻照度的變化不超過5%

C.所規定的輻照度(±3%內)下，完全擋住選擇的電池，檢査組件的1c是否比步驟a)所測定的1c(*)小。如果這種情況不發生，就不能確定在一個電池內發生最大消耗功率的條件。

D.逐漸減少對所選擇電池的遮光面積，直到拐點(旁路二極管工作的臨界點)電流值與Imp接近，此時在該電池內消耗的功率為最大。

E.用輻射源2照射組件，記錄其值，保持組件在消耗功率為最大的狀態，必要時，重新調整遮光，使維持在特定值。在此過程中組件的溫度應該在50℃C+10°C。

F.保持此狀態經過5h的曝曬。

十. 紫外預處理試驗? ??

目的:在組件進行熱循環/濕凍試驗前進行紫外(UV)輻照預處理以確定相關材料及粘連連接的紫外衰減。

實驗過程:

使用校準的輻射儀測量組件試驗平面上的輻照度,確保波長在280nm 到385nm 的輻照度不超過250W·m-2(約等于5 倍自然光水平),且在整個測量平面上的輻照度均勻性到達±15%. 使組件經受波長在280nm 到385nm范圍的紫外輻射為15kWh·m-2,其中波長為280nm 到320nm 的紫外輻射至少為5kWh·m-2,在試驗過程中維持組件的溫度在前面規定的范圍.

十一. 熱循環試驗

目的:確定組件承受由于溫度重復變化而引起的熱失配、疲勞和其它應力的能力。

實驗過程:

1.將溫度傳感器接到溫度監測儀，將組件的正極引出端接到提供電流儀的正極，負極連接到其負極。在200次熱循化試驗中，對組件通過等于標準測試條件下最大功率點電流±2%。僅在組件溫度超過25℃時保持流過的電流。50次的熱循化試驗不要求通過電流。2.使組件的溫度在-40℃℃+2℃C和+85°C±2℃℃之間循環。最高和最低溫度之間溫度變化的速率不超過100℃/h，在每個極端溫度下應保持穩定至少10min。除組件的熱容量很大需要更長的循環時間外，一次循環時間不超過6h，循環的次數見相應的方框。

3.在整個試驗過程中，記錄組件的溫度，并監測通過組件的電流,

◆注:在有并聯開路的組件分支會引起電壓的不連續，但不會導致到零。

十二. 濕-凍試驗? ??

目的:確定組件承受高溫、高濕之后以及隨后的零下溫度影響的能力。

程序:

1.將溫度傳感器置于組件中部的前或后表面;

2.在室溫下將組件裝入氣候室

3.將溫度傳感器接到溫度監測儀;

4.關閉氣候室，使組件完成如圖所示的10次循環。最高和最低溫度應在所設定值的+2℃C以內，室溫以上各溫度下，相對濕度應保持在所設定值的±5%以內。

十三. 濕-熱實驗

目的:

目的: 確定組件承受長期濕氣滲透的能力。

試驗過程:

1.預處理:將處于室溫下沒有經過預處理的組件放入氣候室中。

2.嚴酷條件進行試驗: 試驗溫度:85℃℃±2℃℃ 相對濕度:85%+5% 循環試驗時間:1000h。

十四. 引出端強度測試

目的:確定組件在各種環境試驗前后的最大功率，試驗的重復性是最重要的因素。

實驗過程:使用自然光或符合IEC904-9的B級或更優的模擬器，測試組件在特定輻照度和溫度條件(推薦范圍電池溫度:25℃到50℃;輻照度:700W·m-2到1100 W·m-2)下的電流一電壓特性。

組件是為特定條件下工作而設計，可以采用與預期工作條件相近的溫度及輻照度水平進行測量。為了減少修正幅度，應努力使最大功率的測量盡可能在相同工作條件下進行，即對一個特定組件應在盡量相同的溫度和輻照度下進行最大功率的測量。最大功率測量重復性必須優于±1%。

十五. 濕漏電試驗

目的:評價組件在潮濕工作條件下的絕緣性能,驗證雨、霧、露水或溶雪的濕氣不能進入組件內部電路的工作部分,如果濕氣進入可能會引起腐蝕、漏電或安全事故。

試驗過程：

a)將組件輸出端短路,連接到測試設備的正極,使用適當的金屬導體將測試液體連接到測試設備的負極；

b)以不超過500V·s-1的速度增加測試設備所施加的電壓直到500V,保持該電壓2min,測試絕緣電阻；

c)減低電壓到零,將測試設備的引出端短路,以釋放組件內部的電壓；

應滿足下列要求:

-對于面積小于0.1m2的組件絕緣電阻不小于400MΩ。

- 對于面積大于0.1m2的組件，測試絕緣電阻乘以組件面積應不小于40MΩ·m2.

?十六.機械載荷試驗?

目的:確定組件經受風、雪或覆冰等靜態載荷的能力。

試驗過程:在前表面上,逐步將負荷加到2400Pa,使其均勻分布.(負荷可采用氣動加壓,或覆蓋在整個表面上重量,對于后一種情況,組件應水平放置.)保持此負荷1h。

應滿足下列要求:

在試驗過程中無間歇斷路現象

無嚴重外觀缺陷;

標準測試條件下最大輸出功率的衰減不超過試驗前測試值的5%:

絕緣電阻應滿足初始試驗的同樣要求。

十七.冰雹試驗?

目的:驗證組件能經受住冰雹的撞擊。

試驗過程:?

1.檢查每個冰球的尺寸、質量及是否碎裂，可用冰球應滿足如下要求:肉眼看不到裂紋;直徑在要求值5%范圍內;質量在表中相應標稱值5%范圍內;

2.使用前，置冰球于儲存容器中至少1h;

3.對模擬靶試驗發射幾次，調節發射器，使前述位置上的速度傳感器所測定的冰球速度在表2中冰雹相應試驗速度的5%范圍內:

4.將冰球從儲存容器內取出放入發射器中，瞄準指定的第一個撞擊位置并發射。冰球從容器內移出到撞擊在組件上的時間間隔不應超過60s。

應滿足下列要求:

- 無嚴重外觀缺陷;

-最大輸出功率的衰減不超過試驗前測試值5%；

-絕緣電阻應滿足初始試驗的同樣要求。

十八. 旁路二極管熱性能試驗?

目的:?評價旁路二極管的熱設計及防止對組件有害的熱斑效應性能相對長期的可靠性，

試驗過程:?加熱組件到75°C±5℃，對組件施加等于標準測試條件下短路電流±2%的電流，1h后測量每個旁路二極管的溫度。利用二極管制造商提供的信息從測量的殼溫及二極管消耗的功率，計算結溫。

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總結

兩種測試標準的相同點和差異：

相同點

1. 都是國際性的標準體系，旨在為鈣鈦礦太陽能電池的穩定性評估提供指導。

2. 兩種標準均致力于評估鈣鈦礦太陽能電池在長期使用過程中的性能穩定性，以確保其在商業化應用中的可靠性。

3. 根據國際標準化組織（ISO）和國際電工委員會（IEC）的制定程序，都經過了廣泛的國際合作和專業討論，具有權威性和可信度。

差異

1. 范圍與側重點不同：IEC標準更加側重于太陽能電池系統的整體性能評估，包括性能、安全性和可靠性等方面；而ISO標準則更側重于材料和組件的性能評估，如材料的耐候性、化學穩定性等。

2. 測試方法與參數略有不同：IEC標準通常更加具體和細致，包含了更多的測試方法和參數，以確保測試的全面性和準確性；而ISO標準則更加靈活，允許根據實際情況進行適當的調整和修改。
審核編輯：黃飛