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随着有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电池稳定性的提高，加速老化方法变得越来越重要，以阐明它们的长期降解机制并预测其实际运行寿命。通过有效应用这些未充分利用的预测手段，新兴光伏技术可以降低风险，加快市场推广进程。在本评论中，作者重点关注使用热和光来揭示有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电池本征退化机制的加速老化测试，并预测有机和钙钛矿光伏电池的本征运行寿命。
加速老化因子：由于通常无法事先知道电池的降解行为，设计加速老化测试通常需要一些初始稳定性筛选，以了解电池对不同压力因素的响应，并确定不引入新的外在降解模式。如果太阳能电池的性能随时间呈现出一致的数学形式（例如线性、指数衰减等），随着压力水平的增加，现有降解过程的速率可能会加快。相反，降解曲线形状的显著变化表明可能正在激活新的降解模式。为了说明这一点，图1a中的计算机生成的伪数据曲线在增大的压力下呈现出一致的指数衰减形状，而图1c中的曲线偏离了参考器件的降解形状。
对于类似图1a中呈现出随着压力增大而保持一致功能形式的数据，可以为每个压力水平定义一个加速因子（AF），方法是将每个加速条件下老化的太阳能电池的降解速率除以那些在参考条件下（通常为25-50°C和1太阳=1,000 W/m²，或者是随季节和地理变化的室外“使用”情况）老化的速率。在实际操作中，加速因子表示太阳能电池在特定的提高压力条件下老化速度快了多少，例如，加速因子为10时老化速度快了10倍。在图1a-b的情况下，可以将图1a中的数据拟合为指数衰减函数，提取降解速率并计算出每条曲线上方所示的AF值。使用计算出的AF值，可以将来自不同压力条件的数据绘制到统一的“参考条件下的等效时间”轴上，如图1b所示。在这里，所有数据都折叠成单一的统一曲线——这是有效的加速老化测试的特点。由于图1c中的数据形状不同，无法提取AF值。
有机和钙钛矿太阳能电池的许多降解模式可以由热激活和/或光诱导，因此这些过程的降解速率将随着热和/或光强度的增加而增加。Haillant等人为此提供定量框架，具有热激活（即Arrhenius）和/或一阶光诱导降解的太阳能电池的降解速率之比可以表达为：
加速老化分析的未来：对太阳能电池进行加速老化测试时，传统方法是通过将性能数据与数学函数拟合，以提取降解速率。然而，对于复杂降解模式，这种拟合可能不够有效。为了解决这一问题，可以通过拉伸时间轴来确定加速因子，使降解曲线形状一致。此外，对于复杂降解趋势，可以通过在不同应力条件下老化薄膜并测量其性能，来测量单个降解过程的加速因子。通过收集这些较简单子过程的数据，可以计算出易于提取的降解速率，用于模拟太阳能电池性能特性，从而更可靠地预测性能退化。最终，加速老化测试对于有机和钙钛矿太阳能电池的发展至关重要，它可以节省时间并解决技术稳定性问题，以推动可再生能源的实际应用。
Burlingame, Q.C., Loo, YL. & Katz, E.A. Accelerated ageing of organic and perovskite photovoltaics. Nat Energy (2023).
https://doi.org/10.1038/s41560-023-01330-8
https://www.nature.com/articles/s41560-023-01330-8
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