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Sep 15, 2026
《ISOS 기반 페로브스카이트 태양전지의 안정성 평가 및 보고에 대한 합의문
절차》
2020년이 되면서 유기광발전 재료 및 소자에 대한 기존 ISOS 시험 방법을 바탕으로 페로브스카이트 광전지 소자의 안정성 평가 및 보고에 관한 합의문이 확립되었습니다. 이 기사에서는 원래의 5가지 테스트 유형을 유지하고 3가지 새로운 스트레스 조건 테스트, 즉 ISOS-V(전기 바이어스 스트레스), ISOS-LC(라이트 및 다크 사이클 테스트), ISOS-I(본질 성능 테스트)를 추가합니다 .
그림 1. 새로운 ISOS 테스트 프로그램
전기 바이어스 스트레스 테스트(ISOS-V)
전기 바이어스 스트레스를 적용할 때 고려해야 할 사항은 주로 다음 사항에서 비롯됩니다.
1. 일반적으로 구성 요소는 실제 작동 중에 최대 전력 지점 상태에 가깝지만(순방향 바이어스됨) 갑작스러운 조명 손실 조건 후에 배터리는 개방 회로 전압 상태가 됩니다. 이를 위해 기사에서는 순방향 전기 바이어스 조건으로 Vmpp 또는 Voc와 동일한 전압을 적용할 것을 권장합니다 .
2. 차광형 태양광 모듈의 경우 모듈의 나머지 부분과 일치하도록 역방향 바이어스를 적용하여 차광형 셀이 강제로 작동하도록 할 수 있습니다. 이것이 역전기 바이어스 조건이다. 기사 제안, -Voc와 같은 일정한 음의 바이어스를 적용하여 바이패스 다이오드가 차폐되는 부품의 상황을 시뮬레이션하거나 전류가 강제로 도달하도록 하는 데 사용됩니다. -Jmpp는 바이패스 다이오드가 차폐되지 않는 부품의 상황을 시뮬레이션하는 데 사용됩니다.
또한, 테스트 절차의 수준이 높아짐에 따라 해당 온도와 습도를 설정하는 것도 필요합니다.
그림 2. 전기 바이어스 테스트 절차 매개변수
명암주기 테스트(ISOS-LC)
페로브스카이트 세포는 어두운 환경에서 완전하거나 부분적으로 가역적인 분해를 겪을 수 있다는 보고가 있습니다. 명암 주기와 정상 상태 광노화(ISOS-L)의 다양한 스트레스 조건은 다양한 저하 모드를 나타냅니다.
유기 광전지 재료 및 소자 테스트에 관한 이전 기사에는 이미 명암 교대와 관련된 테스트가 있었습니다. ISOS-LT-2와 ISOS-LT-3의 경우 습도 조절 단계(40℃를 초과하는 부분)에서는 조명을 켜고, 습도 조절이 되지 않는 단계에서는 조명을 끄는 방식이다.。
그러나 이 솔루션의 단일 사이클 타임은 짧고, 조도가 일정하게 유지되는 단계에서는 여전히 온도가 변수로 존재합니다. 따라서 조명이 장치 성능에 미치는 영향과 동적 변화에 대한 체계적인 연구에는 적합하지 않으며 고차 열주기 테스트 범주로 분류하는 데 더 적합합니다.
이를 위해 기사는 페로브스카이트 배터리에 대한 일련의 명암 사이클 테스트 계획을 수정했습니다. 2시간, 8시간 또는 24시간 주기에서 (밝음:어두움) 비율은 테스트를 위해 1:1 또는 1:2입니다.
테스트 레벨이 증가함에 따라 추가적인 스트레스 조건이 추가됩니다. ISOS-LC-2 빛과 열의 영향을 탐색하기 위해 항온 조건을 추가했습니다 . ISOS-LC-3 빛, 습도 및 열의 영향을 탐색하기 위해 항온 항습 조건을 추가했습니다.
그림 3. 명암 주기 테스트 프로그램 매개변수
고유 성능 테스트(ISOS-I)
본질적인 성능 테스트는 페로브스카이트 셀과 포장 재료 자체의 성능을 탐색하는 것을 목표로 합니다. 이 기사에서는 구성 요소 성능에 영향을 미치는 스트레스 조건을 두 가지 주요 범주로 나눕니다.
1. 내재적 요인 (테스트 환경이 어떻게 포장되거나 보호되는지에 관계없이 관련됨): 빛, 온도, 전기적 바이어스;
2. 외부 요인 (배터리와 환경 물질의 상호 작용에 의해 제어됨): 물, 산소.
외부 요인의 안정성 영향은 물과 공기에 대한 배터리의 민감도와 포장재의 안정성에 따라 달라집니다. 포장재는 내부 배터리를 보호하는 장벽 역할을 하며, 그 장벽 성능은 모듈의 최종 성능에 직접적인 영향을 미칩니다. 모듈의 열화를 완전히 이해하기 전에 포장재의 안정성과 열화 메커니즘을 이해하는 것이 필요합니다.
기사에서는 포장재를 동일한 노화 절차로 노화시켜 노화 전후의 차단 특성(물, 산소)을 테스트할 수 있다고 제안합니다. 이 접근 방식은 IEC 62788 테스트 시리즈와 동일합니다. 현재 페로브스카이트 전지 포장재에 대한 구체적인 테스트 표준은 확립되지 않았습니다. 앞으로는 개선될 것으로 예상됩니다.
내부요인의 안정성 영향에 관한 연구에서는 대부분의 테스트 대상이 패키지형 부품이다. 포장 후 포장재의 차단성은 알 수 없기 때문에(벗겨서 테스트하는 것이 불편함) 내부 요인과 외부 요인이 배터리 안정성에 미치는 영향 정도를 구분하는 것은 도움이 되지 않습니다.
따라서 기사 제안 노화 테스트를 위해 캡슐화되지 않은 페로브스카이트 셀을 불활성 가스(질소, 아르곤 등)에 보관합니다 . 그 외에 나머지 테스트 조건은 ISOS의 절차와 동일합니다. 이러한 유형의 테스트는 테스트 이름 끝에 "I"를 추가하여 구별됩니다. 그림 4에는 프로토콜의 고유 성능 테스트에 권장되는 절차가 나열되어 있습니다.
그림 4. 고유 안정성 테스트가 필요한 프로그램 목록
《페로브스카이트 태양광의 변천사》
유연하게 만드는 기술》
견고한 페로브스카이트 구성 요소와 비교하여 유연한 구성 요소는 유연한 크기와 굽힘성으로 인해 다양한 특수 응용 시나리오에 적합합니다. 그러나 이러한 특성은 또한 유연한 부품이 우수한 기계적 변형 능력을 가져야 하며 굽힘 강도와 같은 기계적 특성이 실제 응용 분야에서 장치의 신뢰성과 장기 안정성에 직접적인 영향을 미칠 것을 요구합니다.
기존 ISOS 프로토콜에서 페로브스카이트 셀의 안정성 테스트는 주로 빛, 열, 습기 환경에서의 작동 안정성을 연구하는 데 중점을 두고 기계적 안정성은 무시합니다. 유연한 부품에 대한 기존 테스트 방법은 주로 IEC 61215(컬링) 및 ICE 61646(트위스트)에서 나왔습니다. 이러한 방법은 유연한 부품의 고유한 굽힘 저항을 테스트할 수 있지만 추가 응력 조건(예: 온도, 습도, 전기 바이어스, 빛 등)이 부족하기 때문에 실험 결과는 실제 응용 프로그램과 일치하지 않습니다.
이러한 배경을 바탕으로 LA Castriotta[3] et al. 유연한 페로브스카이트의 굽힘 특성에 대해 ISOS-B(굽힘 안정성), ISOS-M(기계 주기), ISOS-TM(암흑 상태 열 굽힘), ISOS-LM(가벼운 습기 열 굽힘)이라는 네 가지 제안된 테스트 절차를 제안했습니다.
이러한 테스트는 아직 관련 국제 표준에 공식적으로 포함되지 않았지만 유연한 부품의 굽힘 성능, 즉 다중 응력 종합 굽힘 테스트를 위한 실행 가능한 솔루션을 제공합니다. 나는 가까운 미래에 이 분야의 테스트가 지속적으로 개선될 것이라고 믿습니다.
그림 5. LA Castriotta 등이 권장하는 테스트 절차
참고자료
[1] Matthew O. Reese, Suren A.Gevorgyan 외. 유기 광전지 재료 및 장치에 대한 합의된 안정성 테스트 프로토콜. 태양 에너지 재료 및 태양 전지. 95권 5호, 2011년 5월, 페이지 1253-1267. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2011.01.036
[2] Khenkin, MV, Katz, EA, Abate, A. 외. ISOS 절차를 기반으로 한 페로브스카이트 광전지의 안정성 평가 및 보고에 대한 합의문입니다. 자연 에너지. 5권. 35~49페이지(2020), 35~49페이지(2020). https://doi.org/10.1038/s41560-019-0529-5
[3] Luigi Angelo Castriotta, Md Aslam Uddin 외. 페로브스카이트 태양광 기술의 유연성 전환. 사전재료. 37권 8호, 2025년 2월 25일
https://doi.org/10.1002/adma.202408036
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