鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）在標準測試條件（STC）下的功率轉換效率（PCE）已提升至26.95%，目前研究重點正從提高效率轉向規模化和穩定性提升。本文通過柏林四年的戶外數據，揭示了鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）顯著的季節性性能波動：夏季性能穩定但冬季大幅下降（最高達30%），主要歸因于光譜變化、溫度系數、MPPT損失及亞穩態效應等多重因素的綜合作用。鈣鈦礦最大功率點追蹤測試 MPPT可以實現氣候特征化測試，以精準量化亞穩態動力學影響。

實驗設計

在柏林（溫帶低輻照氣候區）：

p-i-n 鈣鈦礦電池結構：ITO|2PACz|Cs?.??FA?.??PbI?.??Br?.??|C??| SnO?|Cu， 帶隙 1.65 eV 。

進行 4年戶外暴露實驗。數據采集系統每 5 分鐘記錄一次光譜、溫度和輻照數據，每日計算平均功率轉換效率（PCE），并定期在室內標準測試條件下（STC）對電池進行復檢。

戶外結果總覽

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鈣鈦礦電池4年戶外PCE、溫度、輻照度變化趨勢

PCE夏季峰值：第 1–2 年無衰減；第 4 年累計下降≈2%。

冬季低谷：首年已低30%，四年累計冬-冬下降≈40%。

室內 STC 數據：4 年線性衰減6%/年，但受季節因素影響，戶外夏-夏僅 3%/年，冬-冬達 9%/年。

季節性影響因素

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光譜變化

（A) 不同輻照-溫度下的IMPP/ISC比值（B) 標準化夏（藍）/冬（紅）光譜（C) 基于EQE與光譜數據計算的短路電流 vs 戶外實測IMPP（D) 圖C各數據點的APE值分布

光譜條件是影響 PSC 性能的關鍵因素之一。戶外光譜會因季節和大氣條件而變化，而 PSC 的光譜響應范圍較窄（約 300–800 nm），因此對光譜變化更為敏感。本文通過計算平均光子能量（APE）來量化光譜的藍光富集和紅光富集程度。結果顯示，夏季光譜藍光富集，冬季光譜紅光富集，導致相同輻照下 PSC 的電流差異可達約 10%。

溫度系數

（A) 圖1中4年老化電池在不同溫度下的性能；（B) 同結構小尺寸電池（0.16 cm2）初始與老化后對比

PSC 的溫度系數（γ）通常為負值，表明其性能會隨溫度升高而下降。然而，隨著電池老化，填充因子（FF）的溫度系數變為正值，導致老化后的 PSC 在夏季高溫條件下反而表現更好。這一現象與傳統光伏技術（如硅基太陽能電池）形成鮮明對比。

J-V 回滯與MPPT 追蹤損失

（A) 4年老化電池正向/反向掃描J-V曲線（5/25/55°C）；（B) 室內MPPT跟蹤功率/電壓穩定性；（C) 戶外VMPP波動

J-V 回滯是 PSC 的常見現象，會影響最大功率點MPPT的準確性。實驗表明，老化和低溫條件下 J-V 回滯顯著增加，導致 MPPT 追蹤質量下降。在5 °C時，MPPT 追蹤電壓波動超過 35%，導致能量損失顯著。這一效應在冬季尤為突出，降低了 PSC 的能量產出。

鈣鈦礦亞穩態效應

A-C) 4年老化電池室內光浸泡/暗存儲實驗（D) 戶外日均VMPP變化

光浸泡效應（LSE）導致的亞穩態是鈣鈦礦區別于傳統光伏的核心因素。實驗發現，新電池在數分鐘內即可達到光飽和狀態，但老化后的電池需要連續光照 72 小時以上才能達到飽和。此外，溫度對 LSE 的影響也十分顯著。冬季低溫和低光照條件下，LSE 未飽和，導致電壓增益不足，性能下降。這一效應是 PSC 季節性表現的主要因素。

鈣鈦礦太陽能電池的季節性變化幅度受氣候和器件特性的影響。與柏林相比，靠近赤道的地區光譜變化較小，因此光譜引起的電流差異也會減小。此外，高溫地區的低溫損失可能會減少。然而，老化和低溫下的MPPT損失可能會在更溫暖的氣候中加劇。亞穩態是 PSC 季節性表現的主要因素，尤其是在冬季低溫和低光照條件下，LSE 未飽和導致性能下降。

鈣鈦礦最大功率點追蹤測試 MPPT

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鈣鈦礦最大功率點追蹤測試 MPPT采用A+AA+級LED太陽光模擬器作為老化光源，以其先進的技術和多功能設計，為鈣鈦礦太陽能電池的研究提供了強有力的支持。

• 光源等級：A+AA+，光譜匹配度A+級，均勻性A級，長時間穩定性A+級
• 有效光斑大小:≥250*250mm（可定制）
• 光強可調節: 0.2-1.5sun，以0.1sun為步進可依次調節
• 功率獨立可控：300-400 nm/400-750 nm/750-1200 nm

鈣鈦礦最大功率點追蹤測試 MPPT可以評估和量化鈣鈦礦太陽能電池在不同溫度和光照條件下的能量輸出效率，以及追蹤其在戶外實際運行中的最大功率點，從而揭示季節性變化對電池性能的影響。

原文參考：Seasonality in Perovskite Solar Cells: Insights from 4 Years of Outdoor Data