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Sep 15, 2026
머리말
페로브스카이트 셀은 현재 주류인 광전지 기술(결정질 실리콘)과 비교하면 높은 이론 효율, 저조도 발전, 낮은 생산 비용 등의 장점을 갖고 있지만 신뢰성이 비판을 받아왔다. , 장기 안정성은 결정질 실리콘 광전지 모듈만큼 좋지 않습니다. 이러한 결함은 페로브스카이트 셀을 광전지 분야에 적용하는 데 있어 가장 큰 장애물 중 하나가 되었습니다.
그러나 페로브스카이트 모듈의 신뢰성 테스트는 아직 통일된 표준에 도달하지 못했습니다. 모든 당사자 간에 실험 장비, 테스트 절차 및 실험 매개변수에 일관성이 부족합니다. 또한 페로브스카이트 셀과 결정질 실리콘 셀의 고장 모드에는 근본적인 차이가 있습니다. 기존 결정질 실리콘 광전지 모듈 테스트 절차(IEC 61215, IEC 61730 등)는 페로브스카이트 셀에 완전히 적용되지 않습니다.
따라서 페로브스카이트 태양광 모듈의 장기적 안정성을 위한 과학적이고 합리적인 운영 및 테스트 표준과 평가 시스템을 확립하는 것이 이 기술의 산업적 응용을 촉진하는 핵심 주제가 되었습니다.
최근 몇 년 동안 연구 기관과 업계의 공동 노력을 통해 페로브스카이트 광전지 장치의 안정성 특성화 및 테스트 방법에 일련의 진전이 이루어졌습니다. 관련 결과가 아직 국제 표준 시스템에 통합되지는 않았지만 페로브스카이트 장치의 내구성 및 수명 평가에 대한 중요한 기초와 방법 지원을 제공했습니다.
유기 광전지 재료 및 장치 에 대한 합의된 안정성 테스트 프로토콜
2011년에 출판된 "유기 광전지 재료 및 장치에 대한 합의된 안정성 테스트 프로토콜"이라는 기사에서 모든 관련 당사자는 이전 세 번의 ISOS 회의에서 논의된 지침을 기반으로 유기 광전지/페로브스카이트 광전지 재료 및 장치를 분석했습니다. 몇 가지 일반적인 테스트 방법을 설계했습니다 .
구체적인 내용은 다음과 같습니다. 다양한 스트레스 조건에 따라 암흑 환경 테스트(ISOS-D), 실외 테스트(ISOS-O), 실험실 노화 테스트(ISOS-L), 열 사이클 테스트(ISOS-TC), 태양열 및 습도 사이클 테스트 (ISOS-LT) 등 5가지 주요 테스트 범주가 설정되었습니다.
각 테스트 범주는 장비 상태 및 스트레스 강도에 따라 3가지 수준으로 구분됩니다(자세한 내용은 그림 1 참조). 이러한 테스트 절차의 확립은 실험자들이 유기 광전지 재료의 안정성과 분해 메커니즘을 이해하고 실험실 간의 데이터를 비교하는 데 도움이 될 것입니다. 다음은 각 테스트 절차에 대한 간략한 소개입니다.
그림 1. 유기태양광 소재 및 소자 테스트 요약
어두운 환경에서의 테스트(ISOS-D)
어두운 환경 테스트의 목적은 배터리의 저장 수명을 연구하는 것입니다. 배터리는 장기적인 신뢰성을 연구하기 위해 빛이 없는 조건에서 보관됩니다. 테스트 프로그램의 수준이 높아짐에 따라 온도와 습도라는 두 가지 스트레스 조건이 추가됩니다.
결정질 실리콘 부품에 대한 일반적인 double-85 테스트와 유사한 가장 엄격한 ISOS-D-3 입니다. 차이점은 MQT 13에서는 테스트 중에 구성 요소를 단락시키거나 특정 기술 요구 사항에 따라 전류를 적용해야 하는 반면, ISOS 프로토콜에서는 구성 요소를 개방 회로에 배치해야 한다는 것입니다.
기사에서는 또한 낮은 온도에서 어두운 환경 테스트(겨울에 눈이 구성 요소 표면을 덮는 장면을 시뮬레이션하는 데 사용)를 수행하려면 ISOS-D-2에 따라 실험 절차를 설정할 수 있지만 온도를 -18℃로 변경해야 한다고 언급했습니다. 더 높은 수준의 저온 암흑상태 테스트를 검토하려면 열주기 ISOS-T-3 또는 태양열 습도 동결주기 테스트를 직접 사용하는 것이 좋습니다.
실외 테스트(ISOS-O)
실외 시연은 모듈 성능을 검사하는 가장 간단하고 직접적인 방법으로, 실제 응용 분야에서 태양광 모듈의 문제점을 직관적으로 반영할 수 있습니다.
그러나 기후 조건의 변동으로 인해 실외 테스트는 온도 계수, 구름량, 성능 및 복사 조도 간의 비선형 관계를 포함하되 이에 국한되지 않는 많은 불확실성에 직면합니다. 구성요소가 받는 풍량 및 에너지량의 계절적 변화; 다른 지역의 기후, 위도 및 고도의 차이.
따라서 실외 비교를 할 때는 모든 요소를 고려해야 합니다. ISOS-O의 각 레벨에 대한 테스트 설정은 거의 동일하며 유일한 차이점은 JV 곡선의 일반 측정에 있습니다. ISOS-O-1은 태양광 시뮬레이터의 조명 아래에서 수행되고, ISOS-O-2는 실외 직사광선 아래에서 정기적으로 수집되며, ISOS-O-3은 직접적인 실외 조건에서 현장 mpp 추적이 필요합니다.
실험실 노화 테스트(ISOS-L)
여기의 실험실 노화 테스트는 주로 광노화 테스트를 탐구합니다. 실외 조명 테스트는 부품의 실제 적용을 정확하게 반영할 수 있지만 테스트 조건이 불안정하고 노화 속도가 느린 등의 문제가 있습니다. 실험실 노화 테스트에서는 스트레스와 분해 속도 간의 관계를 체계적으로 분석하고 노화 가속화에 대한 연구를 위해 보다 안정적인 테스트 조건이 필요합니다.
유기 광전지/페로브스카이트 광전지의 장기 안정성은 광원의 스펙트럼 분포와 크게 관련됩니다. 실험실 노화 테스트에 사용되는 인공 광원은 실제 적용 광원과 최대한 일치해야 합니다.
ISOS-L-1의 경우 대상 광원과 일치하지 않고 직접 광원을 선택할 수 있지만 사용된 광원의 스펙트럼 분포를 보고해야 합니다. ISOS-L-2 및 ISOS-L-3 테스트는 실외 적용 시나리오에 더 편향되어 있으므로 광원이 태양 스펙트럼과 충분히 일치해야 합니다. 동시에 프로그램 수준에 따라 해당 온도 및 습도 요구 사항이 설정됩니다.
열주기 테스트(ISOS-T)
고온 및 저온 교번 사이클 스트레스 테스트는 조사량, 온도 및 습도의 변화하는 조건에서 부품의 성능을 평가하는 데 사용될 뿐만 아니라 재료의 온도 사이클 피로 특성을 연구하고 페로브스카이트 배터리의 각 기능 층의 고장 메커니즘을 분석하는 중요한 수단입니다.
ISOS의 열주기 실험은 일반적으로 IEC 61215의 MQT 11과 유사합니다. 여기서 ISOS-T-1 및 ISOS-T-2는 핫 플레이트 또는 오븐을 조정하여 부품의 온도 주기를 구현하기 위해 온도 범위는 실온에서 65℃/85℃이며 주변 습도는 제어되지 않습니다.
ISOS-T-3은 MQT 11과 가장 유사하며 구성 요소도 -40°C와 85°C 사이에서 순환해야 하지만 일부 세부 사항에는 차이가 있습니다.
1. ISOS-T-3에는 습도 모니터링 및 제어가 필요합니다(55%RH에서 제어).
2. ISOS에서는 구성 요소에 전기 바이어스 스트레스 조건을 추가할 필요가 없습니다. 모든 등급에서 구성 요소는 개방형 회로에 배치됩니다(MQT 11에서는 구성 요소를 통과하기 위해 주기적인 순환 전류가 필요합니다).
그림 2. IEC 61215와 ISOS-T-3의 열주기 차이 비교
태양열 가습사이클(ISOS-LT)
ISOS-LT 실험은 실험실 조건을 통해 보다 현실적인 적용 조건을 시뮬레이션하여 부품이 빛, 온도 및 습도의 포괄적인 노화를 겪을 수 있도록 하는 것을 목표로 합니다. 스트레스의 양과 심각도에 따라 ISOS-LT-1(태양열 주기), ISOS-LT-2(태양열 수분 주기), ISOS-LT-3(태양열 수분 동결 주기)의 세 가지 유형의 테스트로 구분됩니다 .
기사에서는 가벼운 스트레스를 증가시켜야 할 필요성을 언급했습니다.
1. 부품 표면을 조사하는 입사광에 의해 제공되는 열 복사는 조명된 표면에서 샘플 뒷면까지의 열 전달 경로에 온도 구배를 형성하여 환경 상자의 균일한 대류 가열과 완전히 다른 온도 응력 조건을 생성합니다.
2. 빛에 의해 생성된 전류는 필연적으로 부품에 전기적으로 유도된 응력을 증가시킵니다. 이 응력은 금속 부품의 부식과 같은 구성 요소 고장을 촉진합니다.
그림 3. 기사에서 권장하는 태양열-습도-동결 사이클 테스트 모식도
저조도에서의 성능 테스트
저조도 조건에서의 성능 평가는 광전지 장치의 실제 적용에 있어 중요한 단계입니다. 이 기사에서는 테스트 절차에 저조도 테스트를 포함하지 않았지만 몇 가지 건설적인 제안도 제시했습니다.
유기 광전지/페로브스카이트 광전지의 중요한 장점은 저조도나 실내 조건에서도 여전히 잘 작동할 수 있다는 것입니다 .
실내에서 사용되는 광원은 형광등, 백열등, LED 램프 등 주로 인공 광원으로, 태양광과는 스펙트럼 분포(그림 4 참조) 및 조도 측면에서 근본적으로 다릅니다. 인공 광원의 조도는 일반적으로 lx 단위로 측정됩니다. 사무실 조명 요구 사항의 일반적인 값은 200~1000lx 사이이며 이는 AM1.5G 스펙트럼 1000W/m2 조명의 약 1/100~1/500입니다.
따라서 저조도 성능 테스트 중 광원 유형, 스펙트럼 특성, 조사 강도를 엄격하게 구분하고 실제 적용 시나리오와 일치하는 테스트 조건을 설정하는 것이 필요합니다.
그림 4. 색온도 830도의 형광등 스펙트럼과 AM1.5 태양광 스펙트럼 비교
이 기사에서는 권장되는 형광등(830 색온도)을 광원으로 사용하는 장치에 대한 일련의 JV 테스트 절차를 제공합니다. 자세한 내용은 그림 5를 참조하세요.
페로브스카이트 셀의 저조도 테스트에 대한 현재 표준에는 IEC TS 62607-7-2:2023이 포함됩니다. 그러나 ISOS이든 IEC62607이든 현재 장치의 IV 테스트 절차만 공식화되어 있으며 현재 저조도 조건에서 장치의 환경 노화 테스트에 대한 구체적인 테스트 절차는 없습니다.
그림 5. 색온도 830도의 형광등 스펙트럼과 AM1.5 태양광 스펙트럼 비교
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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