探索未来能源的无限可能—有机光伏（OPV）篇 092

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探索未来能源的无限可能—有机光伏（OPV）篇

092 标准化与检测：如何建立行业认可的测试规范？ 2025-12-14

以下我们把建立行业认可的 OPV 测试规范拆成可执行的模块：为什么需要、核心原则、必须纳入的测试矩阵（含推荐现有协议/标准）、报告与可重复性要求、认证路径与治理建议。


1) 先说结论
建立被行业采纳的 OPV 测试规范，要基于“可比性 + 可重复性 + 可追溯性 + 可扩展性”四大原则，采用**层级化（材料 → 器件 → 模组 → 系统）+ 协议化（ISOS + IEC adaptions）**的测试矩阵，并通过多实验室比对（round-robin）和明确的报告模板实现行业认可。


2) 设计原则（必须明确，作为标准化的“价值观”）

可比性（Inter-lab comparability）——不同实验室/厂家的结果必须可比较（统一光谱、面积校准、遮罩与校正）。

可重复性——明确操作步骤、设备校准频率与误差限。

可追溯性——使用可溯源光谱响应标准电池/参考器件（并记录校准证书）。

分级测试（实验室研发 → 加速老化 → 模组/系统现场测试）以适配研发、验证与认证需求。

可扩展性/可演进性——允许在基础标准上添加新协议（例如柔性弯曲、室内光、低光测试、机械疲劳）。


3) 推荐的“必须纳入”测试矩阵（立刻可采用的协议与参数）

我们把测试分为：基线计量 → 稳定性/老化 → 机械/环境 → 模组/系统级。每项都给出推荐的现有协议或参考标准。

A. 基线计量（要做且要准确）

稳态 PCE（Stabilized PCE）：记录稳态最大功率点（MPP）下输出，要求光源 AM1.5G、100 mW/cm²，光谱校准与短路电流/电压校正；明确电池活性面积（mask）、温度（25°C）与校准参考电池。
参考/理由：一系列关于 OPV 测量精度的工作强调“稳态 PCE 比峰值 PCE 更可比”。

光谱响应 / EQE：测量并报出积分电流（与 Jsc 一致性验证）、光谱匹配与校正方法（ASTM G173 / AM1.5）。

暗/光下 IV，Rs, Rsh：在报告中提供系列电阻、并联电阻以便诊断差异（特别重要于大面积与模块化）。


B. 稳定性 / 老化（采用 ISOS 协议为基础）

ISOS-L (Light soaking)：光照下稳定性测试（室温/在控湿度），记录 T80/T50（效率降低到 80%/50% 的时间），并给出暗恢复步骤。ISOS 已为 OPV/Perovskite 社区提供共识化测试流程，便于跨组比对。

ISOS-D (Dark storage)、ISOS-T (Thermal cycling)、ISOS-O (Outdoor/field)：分别评估储藏、热循环与户外实际表现（含温湿度及光学实际环境）。可用作模块/封装验收。

加速老化组合（Damp heat 85°C/85%RH + light）：做模块级验证时参考 IEC 类似测试（IEC 61215 / IEC 61646）但对温度/湿度/光谱情形做 OPV 专用改编（温度速率、光谱强度要与现实更匹配）。


C. 机械与柔性测试（针对柔性 OPV）

弯折寿命（bending cycles）：定义弯曲半径、应变、循环次数与 PCE 测试间隔（HOPV25 等会议/最新提案包含新增标准草案）。

拉伸/压缩/冲击：按产品应用场景（可穿戴/可弯曲屋顶）制定。

D. 模组/系统级（生产与认证用）

互连/封装可靠性测试：包含热循环、湿热、UV 耐受、玻璃-玻璃 模组的边缘封装测试（借鉴 IEC 61215/61646 的方法，但修改为低温有机敏感版本）。

现场加速（field tests）：多个气候带的并行安装（至少 3 地点，包括高温、高湿、低温/高日照场景），并进行长期数据记录（与 ISOS-O 相匹配）。


4) 报告与可重复性要求（必须写进规范的格式）

每次测试报告应包含（强制字段）：

样品标识与批次号（含制备工艺、活性面积、封装方式）

设备与校准证书（光谱辐照计、参考电池、温控校准证书及日期）

测试条件（光谱、强度、温度、湿度、遮罩尺寸、测试间隔与采样频率）

数据处理方法（光谱匹配修正、积分 EQE 与 Jsc 的一致性校验、噪声滤波）

原始数据附录（IV 曲线、时间序列、光谱响应） — 建议统一使用 CSV/JSON 格式模板以便上传共享/比对。

统计度量（平均、标准差、若为批次测试则给出批次分布）

失效模式分析（若发生）（光谱、化学或形貌的后续表征结果，如 XPS、GIWAXS、TA 等）

引用 ISOS 共识建议作为“稳定性报告模板”能明显提升可比性。


5) 认证路线（从研究到行业认可的步骤）

采用现有共识协议（ISOS）作为短期基线，并针对模块/封装与柔性要求制定“ISOS-plus”扩展（例如加上模块级 IEC 风险测试）。

组织多实验室 round-robin（至少 5 个有代表性的实验室/工厂），用统一样品和统一报告模板验证可比性——这一步是拿到行业认可的关键证据。

把经 round-robin 验证的流程提交给 IEC TC82 / 国家标准化组织或 CEN/TC，推动形成技术规范（Technical Specification, TS）或国家标准（最终上升到 IEC 国际标准需更多轮公示与投票）。

同时与工业合作伙伴（材料、设备厂商）对接，把测试要求写进采购/验收合同，形成市场驱动。

6) 实操级“标准化检查表”（可直接复制到技术提案/合同里）

（A）计量与校准

光源：AM1.5G 校准（参考电池证书编号：，校准日期：）

温度控制：25.0±0.5°C（稳态 PCE 测试）

面积定义：精确遮罩且记录遮罩尺寸（mm²）与测量方法（显微/光学）

（B）稳态测量

稳态 MPP 输出记录≥300 s（或直到输出稳定 <0.5% 变化）

IV、EQE 与积分电流一致性验证（差异 <5%）

（C）稳定性/老化

ISOS-L-3 / ISOS-D-3 / ISOS-T-3（标明具体子协议）——记录 T80、T50 并附原始时间序列

若为模块，进行 IEC-adapted Damp-Heat（85°C/85%RH）并记录电特性

（D）报告交付

原始数据（CSV/JSON）附后

校准证书与设备清单附后

实验室/操作员签名与日期

7) 常见阻力与如何克服（策略建议）

阻力：实验室/厂家的设备能力参差 → 建议提供“合格实验室清单”与统一租借校准设备，或由认证测试中心承担关键计量（如参考电池校准）。


阻力：现有 IEC 模块测试对有机敏感（溅射/高温） → 用 IEC 测试的原则，但在条件细节上做 OPV 兼容化改写（低温 ALD 保护、中性气氛下的某些步骤）。


阻力：行业分散、样本多样 → 先做“核心用例（rigid glass module / flexible PET module / small lab cell）”三类标准化示范，再扩展。