ПНСТ 501-2020 (IEC TS 62876-2-1:2018). Предварительный национальный стандарт Российской Федерации. Нанотехнологии. Оценка надежности. Часть 2-1. Устройства фотоэлектрические нанотехнологические. Методы испытаний на стойкость к воздействию внешних факторов
(утв. и введен в действие Приказом Росстандарта от 19.11.2020 № 118-пнст)
Внимание
Документ утратил силу с 01.01.2024 в связи с истечением срока действия, установленного Приказом Росстандарта от 19.11.2020 № 118-пнст. Документ введен в действие с 01.01.2021 на период по 01.01.2024 (Приказ Росстандарта от 19.11.2020 № 118-пнст).
Утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 19 ноября 2020 г. № 118-пнст
ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
УСТРОЙСТВА ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ НАНОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ НА СТОЙКОСТЬ К ВОЗДЕЙСТВИЮ ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ
Nanotechnologies. Reliability assessment. Part 2-1. Nano-enabled photovoltaic devices. Test methods for resistance to external factors
(IEC TS 62876-2-1:2018, Nanotechnology — Reliability assessment — Part 2-1: Nano-enabled photovoltaic devices — Stability test, MOD)
ПНСТ 501-2020 (IEC TS 62876-2-1:2018)
27.160
Срок действия с 1 января 2021 года до 1 января 2024 года
Предисловие
1 ПОДГОТОВЛЕН Автономной некоммерческой организацией в области технического регулирования и аккредитации «ВНИИНМАШ» (АНО «ВНИИНМАШ») на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии документа, указанного в пункте 4
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 441 «Нанотехнологии»
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 19 ноября 2020 г. № 118-пнст
4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному документу IEC TS 62876-2-1:2018 «Нанотехнологии. Оценка надежности. Часть 2-1. Устройства фотоэлектрические нанотехнологические. Испытания на стойкость» (IEC TS 62876-2-1:2018 «Nanotechnology — Reliability assessment — Part 2-1: Nano-enabled photovoltaic devices — Stability test», MOD) путем изменения ссылок, исключения отдельных положений, которые дублируются по тексту стандарта, исключения из библиографии информации о документах, ссылки на которые не использованы при изложении настоящего стандарта, исключения справочного приложения C, дополнения обозначений и сокращений, которые выделены в тексте курсивом.
Внесение указанных технических отклонений направлено на учет целесообразности использования ссылочных национальных стандартов вместо ссылочных международных стандартов.
Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного документа для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2012 (пункт 3.5).
Сведения о соответствии ссылочных национальных стандартов международным стандартам, использованным в качестве ссылочных в примененном международном документе, приведены в приложении ДА
5 Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии не несет ответственности за патентную чистоту настоящего стандарта. Патентообладатель может заявить о своих правах и направить в Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии аргументированное предложение о внесении в настоящий стандарт поправки для указания информации о наличии в стандарте объектов патентного права и патентообладателе
Правила применения настоящего стандарта и проведения его мониторинга установлены в ГОСТ Р 1.16-2011 (разделы 5 и 6).
Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии собирает сведения о практическом применении настоящего стандарта. Данные сведения, а также замечания и предложения по содержанию стандарта можно направить не позднее чем за 4 мес до истечения срока его действия разработчику настоящего стандарта по адресу: 119331 Москва, проспект Вернадского, д. 29, офис 1405 и/или в Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии по адресу: 123112 Москва, Пресненская набережная, д. 10, стр. 2.
В случае отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты» и также будет размещена на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)
Введение
Нанотехнологические фотоэлектрические устройства (НФЭУ) — новый вид продукции, изготовленный по технологии на гибких тонких пленках полупроводников, полученных путем осаждения из раствора или осаждением из газовой фазы. Для изготовления НФЭУ применяют полупроводниковые наноматериалы и органические материалы. НФЭУ обладают потенциалом для обеспечения недорогой возобновляемой энергии из-за относительно дешевого производства и низких материальных затрат в результате использования недорогих полимерных подложек и полимерных пленок [1]. Благодаря хорошей эффективности при низких уровнях освещенности НФЭУ достаточно востребованы, однако для коммерциализации НФЭУ необходимо выполнить оценку их надежности, установив соответствующие методы испытаний.
Стандарты серии «оценка надежности» устанавливают методы испытаний, основанные на воздействии отдельных внешних факторов, которые могут привести к отказам при эксплуатации. Однако для прогнозирования и количественной оценки достоверности результатов требуются значительно более тщательные испытания, которые не включены в настоящий стандарт.
Общая процедура оценки надежности состоит в том, чтобы измерить рабочие характеристики НФЭУ до и после воздействия внешних факторов с заданными параметрами и отследить произошедшие изменения. В настоящем стандарте в каждом методе испытаний используют новые образцы НФЭУ с целью определения влияния наиболее негативных внешних факторов. Можно проводить последовательные испытания на одних и тех же образцах в различных условиях, но полученные результаты, будет трудно интерпретировать. Чтобы учесть влияние нескольких внешних факторов и различных нагрузок, в настоящий стандарт были включены испытания, моделирующие воздействие атмосферных факторов в лабораторных условиях.
В настоящем стандарте не содержится конкретных рекомендаций по выбору материалов и конструкции устройств, подлежащих испытанию, и его можно применять для самых различных систем. Общая схема испытуемого устройства приведена на рисунке 1.
Рисунок 1 — Общая схема испытуемого устройства при измерении вольтамперной характеристики
Настоящий стандарт распространяется на все виды НФЭУ. Настоящий стандарт не распространяется на собранные фотоэлектрические модули. В настоящем стандарте внешние воздействующие факторы подобраны и четко определены для обеспечения последовательности проведения испытаний и представления информации о надежности НФЭУ.
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на нанотехнологические фотоэлектрические устройства (НФЭУ) и устанавливает методы их испытаний на стойкость к воздействию внешних факторов для оценки надежности.
Настоящий стандарт распространяется на НФЭУ, используемые в качестве элементов для изготовления фотоэлектрических модулей в совокупности с другими элементами. Настоящий стандарт устанавливает стандартные условия испытаний, методологию представления данных для оценки надежности НФЭУ и стабильности технологических процессов. По результатам испытаний определяют стабильность характеристик в стандартных условиях деградации для количественной оценки стабильности нового технологического процесса. Процедуры, установленные в настоящем стандарте, разработаны для НФЭУ, но могут быть применены для других фотоэлектрических изделий и технологических процессов.
1 Методы испытаний, установленные в настоящем стандарте, применимы для НФЭУ, предназначенных для эксплуатации на открытом воздухе, и представляют собой испытания по отдельным внешним воздействиям, которым устройства будут подвергаться в условиях эксплуатации. Для устройств, предназначенных для эксплуатации внутри помещений, методы испытаний и воздействующие факторы, установленные в настоящем стандарте, могут быть неприемлемы. Тем не менее предлагаемые методы испытаний можно использовать для этих устройств для отслеживания стабильности их характеристик при разработке новых НФЭУ.
2 Рабочие характеристики устройств определяют до и после приложения воздействующих факторов. Методы оценки эффективности НФЭУ в настоящее время не полностью установлены. Поэтому в настоящий стандарт включены примечания относительно характеристики эффективности НФЭУ. В примечаниях приведены сведения об устройствах, которые могут применяться в других условиях эксплуатации, например внутри помещений, или таких устройствах, как тандемные ячейки.
3 Настоящий стандарт не распространяется на конечный продукт — фотоэлектрические модули.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ ISO/IEC 17025 Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий
ГОСТ Р МЭК 60068-2-2 Испытания на воздействие внешних факторов. Часть 2-2. Испытания. Испытание B: Сухое тепло
ГОСТ Р МЭК 60068-2-78 Испытания на воздействия внешних факторов. Часть 2-78. Испытания. Испытание Cab: Влажное тепло, постоянный режим
ГОСТ Р МЭК 60904-1 Приборы фотоэлектрические. Часть 1. Измерение вольт-амперных характеристик
ГОСТ Р МЭК 60904-9 Приборы фотоэлектрические. Часть 9. Требования к характеристикам имитаторов солнечного излучения
ГОСТ Р МЭК 61646 Модули фотоэлектрические тонкопленочные наземные. Порядок проведения испытаний для подтверждения соответствия функциональным характеристикам
Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется принять в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Термины, определения, обозначения и сокращения
Примечание - Разработку комплексного словаря по нанотехнологиям совместно осуществляют МЭК/ТК 113 «Нанотехнологии для электротехнических изделий и систем» и ИСО/ТК 229 «Нанотехнологии». Словарь публикуется в виде отдельных частей как документы вида технических требований (TC) 80004. В настоящем стандарте применены термины и определения в соответствии с опубликованными частями TC 80004. Определения терминов, которые еще не установлены в указанных документах, приведены из научной литературы.
3.1 Термины и определения
В настоящем стандарте применены термины с соответствующими определениями из терминологических баз данных ИСО и МЭК:
- Электропедия МЭК: доступна по адресу http://www.electropedia.org;
- платформа онлайн-просмотра ИСО: доступна по адресу http://www.iso.org/obp.
В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:
3.1.1 нанотехнологическое фотоэлектрическое устройство; НФЭУ: Фотоэлектрическое устройство, в котором преобразование солнечной лучистой энергии в электрическую энергию происходит или значительно улучшается за счет применения нанотехнологий при его изготовлении.
Примечание - К НФЭУ относят фотоэлектрические устройства или их компоненты, в которых один или несколько активных материалов, отвечающих за преобразование солнечной лучистой энергии в электрическую энергию, основаны на наноматериале или полупроводнике. К НФЭУ относят фотоэлектрические устройства с объемным гетеропереходом, изготовленные из органических полимеров или небольших молекул, а также сенсибилизированные красителем солнечные элементы и гибридные солнечные элементы, изготовленные как из органических, так и из неорганических материалов. Также к НФЭУ относят фотоэлектрические устройства, изготовленные с применением неорганических наночастиц.
вольт-амперная характеристика; ВАХ: Электрический ток на выходе ФЭ устройства как функция выходного напряжения при определенной температуре и освещенности.
[ГОСТ Р 55993-2014/IEC/TS 1836:2007, статья 3.4.21]
1 Как правило, для определения ВАХ применяют источники искусственного солнечного освещения.
2 Для источников искусственного солнечного освещения, отличных от приведенных в серии стандартов ГОСТ Р МЭК 60904, общая интенсивность света может быть надлежащим образом определена по значениям абсолютной спектральной чувствительности устройства и спектра облучающего света. Рекомендуется, чтобы спектр светового излучения и абсолютная спектральная характеристика устройства были отражены в протоколе испытаний [1].
3 Из-за особенностей НФЭУ, как определено в 3.1.1, могут быть применены специально разработанные методики испытаний для определения ВАХ, например [2]. В этом случае в протоколе испытаний приводят подробное описание примененной методики.
3.1.4 условная эффективность: Эффективность преобразования солнечной лучистой энергии в электрическую энергию, измеренная после кондиционирования НФЭУ.
Примечание - Предварительное (до определения ВАХ) кондиционирование НФЭУ может потребоваться для получения воспроизводимых результатов измерения эффективности. Рекомендуется следовать этой процедуре, описанной в настоящем стандарте, чтобы гарантировать, что НФЭУ не изменит свою эффективность во время испытаний.
3.1.5 начальная условная эффективность: Эффективность, измеренная после кондиционирования НФЭУ до начала проведения испытания.
3.1.6 t80: Время, затраченное на достижение НФЭУ условной эффективности 80% от начальной условной эффективности.
Примечание - t80 относится к критерию успешного прохождения испытания на надежность, который применяют для определения времени окончания испытания. Это время, когда ИУ подвергают в процессе испытания условиям ускоренного старения до тех пор, пока его условная эффективность не достигнет 80% от начальной условной эффективности. Рекомендуемая продолжительность ускоренных испытаний — до тех пор, пока не будет достигнут t80 или удовлетворительный уровень воздействия, характерный для условий эксплуатации.
| точка максимальной мощности; ТММ: Точка на графике вольт-амперной характеристики ФЭ устройства, где произведение тока и напряжения дает в результате максимальную мощность при определенных условиях эксплуатации. [ГОСТ Р 55993-2014/IEC/TS 1836:2007, статья 3.4.42, c)] |
|---|
3.1.8 визуальный контроль: Процедура обнаружения каких-либо видимых дефектов в ИУ.
3.1.9 термометр сопротивления; ТС: Устройство для измерения температуры, принцип действия которого основан на изменении электрического сопротивления в зависимости от температуры.
Пример - Коммерчески доступный датчик Pt100.
3.2 Обозначения и сокращения
В настоящем стандарте применены следующие обозначения и сокращения:
ВАХ — вольт-амперная характеристика;
ИСИ — имитатор солнечного излучения;
НФЭУ — нанотехнологическое фотоэлектрическое устройство;
ТММ — точка максимальной мощности;
t80 — время, затраченное для достижения устройством условной эффективности 80% от начальной условной эффективности.
4 Общие требования
4.1 Испытуемое устройство
НФЭУ, на которое распространяется настоящий стандарт, как правило, представляет собой отдельный элемент или компонент, применяемый для сборки (изготовления) конечного продукта — фотоэлектрического модуля. В настоящем стандарте не установлено четкое определение испытуемого устройства (ИУ), так как для оценки надежности НФЭУ этого не требуется. Целью настоящего стандарта является установление методов испытаний для оценки надежности продукции и стабильности применяемого для ее изготовления технологического процесса. Образцы для испытаний отбирают случайным образом из партии и с учетом того, чтобы выборка была представительной. Число ИУ в выборке и размеры ИУ должны быть такими, чтобы быть восприимчивыми к соответствующим механизмам деградации.
4.2 Проведение испытаний
4.2.1 Общие требования
Методы испытаний, установленные в настоящем стандарте, относятся к классу ускоренных испытаний на стойкость к воздействию внешних факторов (ВФ). Эти методы предназначены для того, чтобы подвергать ИУ конкретным и воспроизводимым внешним воздействующим факторам, ускоряющим механизмы критических отказов. Возможность количественного определения реакции ИУ на конкретные ВФ на ранней стадии разработки позволит вносить изменения в технологический процесс с целью повышения стабильности характеристик устройств.
Для оценки надежности НФЭУ необходим подходящий выбор соответствующих ВФ, чтобы отразить реальные условия эксплуатации. При выборе ВФ следует учитывать, чтобы они были не настолько жесткими, чтобы слишком рано забраковать технологию, но достаточно жесткими, чтобы выявить слабые места в технологии и предоставить возможность для ее совершенствования. ВФ, которым подвергаются фотоэлектрические устройства в процессе эксплуатации, приведены на рисунке 2.
Рисунок 2 — ВФ, которым подвергаются фотоэлектрические устройства в условиях эксплуатации
Испытание на надежность выполняют путем измерений характеристик ИУ до и после применения ВФ или комбинации ВФ в течение определенного периода времени. Общая процедура оценки надежности приведена на рисунке 3. После определения первоначальных характеристик ИУ подвергают воздействию ВФ в течение заданного промежутка времени, затем повторно определяют характеристики ИУ. В настоящем стандарте приведены определенные сочетания применяемых ВФ с целью возможности выбора оптимальных условий для испытания конкретного НФЭУ. Также в настоящем стандарте установлены процедуры и требования к применяемому оборудованию для получения точных и воспроизводимых результатов измерений при оценке надежности.
Рисунок 3 — Общая процедура оценки надежности
При выборе вида и величины ВФ требуются сведения о наиболее частых видах отказов НФЭУ. Типичные виды отказов приведены в приложении A.
В приложении B приведены рекомендации по выбору оптимальных значений температуры для проведения испытаний.
Установленные в настоящем стандарте методы испытаний представляют собой различные комбинации ВФ. В таблице 1 приведены рекомендуемые значения ВФ для проведения испытаний.
Рекомендуемые значения ВФ для проведения испытаний
Возможны любые сочетания ВФ. Однако для ускорения деградации следует выбирать сочетания ВФ, которые будут отражать условия эксплуатации. Кроме того, желательно иметь поддающийся измерению эффект деградации. Например, воздействие ВФ, которое вызывает ухудшение характеристик более чем на 20% в течение испытаний, считают подходящим.
Для фотоэлектрических устройств разработан комплекс методов испытаний. Испытания в порядке возрастания жесткости воздействия для комплексной оценки надежности НФЭУ приведены на рисунке 4.
Рисунок 4 — Испытания для комплексной оценки надежности НФЭУ
4.2.2 Число образцов
Все испытания на стойкость к воздействию ВФ должны проводиться на статистически значимых группах образцов. По возможности группы следует формировать из максимально возможного числа ИУ, при этом размер группы должен быть не менее пяти ИУ для каждого вида испытаний. Для устройств, площадь которых превышает 25 см2, испытания допускается проводить на меньших группах ИУ.
4.2.3 Порядок проведения испытаний
Испытания проводят в произвольной последовательности. Для каждого конкретного вида испытаний используют отдельное ИУ. Допускается проводить несколько испытаний параллельно. Для полной оценки надежности рекомендуется, чтобы группы ИУ подвергались каждому из испытаний. На начальных этапах проводят менее сложные испытания с применением минимальных воздействий. После достижения приемлемых уровней стойкости к воздействию ВФ проводят более сложные испытания на новых группах ИУ. Требуемые уровни надежности должны быть установлены изготовителем.
4.2.4 Требования к испытательному оборудованию
Средства измерения, применяемые для контроля условий окружающей среды в процессе испытаний, должны быть поверены или откалиброваны в установленном порядке.
Сведения об испытательном оборудовании приведены в соответствующих пунктах настоящего стандарта.
4.2.5 Методы испытаний
Все методы испытаний, установленные в настоящем стандарте, за исключением натурных испытаний, относятся к классу «ускоренных испытаний на деградацию». В этих испытаниях ИУ подвергают выбранному, строго контролируемому сочетанию ВФ в специально предназначенном испытательном оборудовании с целью количественной оценки надежности. Поскольку в условиях эксплуатации устройство подвергают воздействию множества ВФ, рекомендуется проводить испытания с дополнительным наложением погодных условий, чтобы определить схожесть механизмов отказа в условиях натурных испытаний и в лабораторных условиях. Рекомендуемые значения ВФ для проведения испытаний приведены в таблице 1.
Чтобы оценить надежность НФЭУ, необходимо выполнить ряд ускоренных испытаний на деградацию и стойкость к ВФ. В таблице 2 приведены виды испытаний и основные параметры ВФ.
Виды испытаний и основные параметры ВФ
| Параметр | Обозначение и вид испытания | ||||||
| МИ 1 | МИ 2 | МИ 3 | МИ 4 | МИ 5 | МИ 6 | МИ 7 | |
| Сухое тепло | УФ-излучение | Влажное тепло | Воздействие света | Натурные испытания | Лабораторное выветривание | Термоциклирование | |
| Освещение | Не требуется | Ультрафиолетовое излучение | Не требуется | Дневной свет (от 600 до 1000 Вт/м2) | Соответствующее окружающей среде | Дневной свет (от 600 до 1000 Вт/м2) | Не требуется |
| Температура | 45 °C 65^{\circ}C a 85 °C | 65 °C | 45 °C 65 °C 85^{\circ}C a | 65 °C | Соответствующая окружающей среде | 38 °C | От минус 40 °C до плюс 85 °C |
| Влажность | Соответствующая окружающей среде | Соответствующая окружающей среде | 85% RH | Соответствующая окружающей среде | Соответствующая окружающей среде | 50% RH/водяные капли | Соответствующая окружающей среде |
| Условия окружающей среды | Печь | Камера с УФ-излучением | Климатическая камера | Камера световой выдержки | Открытый воздух | Специальное оборудование | Климатическая камера |
| Нагрузка | Не требуется | Не требуется | Не требуется | Пассивная или активная ТММ | Пассивная или активная ТММ | Пассивная или активная ТММ | Не требуется |
| a Подчеркнутое значение — оптимальное значение температуры для данного метода испытания. | |||||||
4.3 Измерения
4.3.1 Общие требования
Для получения точных, сопоставимых и воспроизводимых результатов измерений испытания проводят с применением оборудования, которое должно быть аттестовано или откалибровано в установленном порядке. Испытания проводят в соответствии с ГОСТ Р МЭК 60904 (все части).
4.3.2 Кондиционирование
Для стабилизации электрических характеристик ИУ может потребоваться предварительное (до измерения ВАХ) кондиционирование ИУ. Кондиционирование выполняют с использованием имитатора солнечного излучения (ИСИ) класса BCB или выше по ГОСТ Р МЭК 60904-9 или при естественном солнечном освещении. При кондиционировании применяют эталонное устройство с интегратором для контроля облучения, при этом ИУ устанавливают в одной плоскости с эталонным устройством и контролируют температуру ИУ с погрешностью +/- 2 °C.
Кондиционирование выполняют в следующем порядке:
a) подключают необходимое измерительное оборудование и устанавливают ИУ в одной плоскости с эталонным устройством;
b) при использовании ИСИ для установки интенсивности излучения от 800 до 1000 Вт/м2 применяют эталонное устройство, фиксируют освещенность;
c) во время воздействия ИСИ температура устройства должна оставаться в пределах (25 +/- 2) °C;
d) регистрируют ВАХ с 10-минутными интервалами; ИУ считают кондиционным, если относительная разница между двумя последовательными измерениями ВАХ не превышает 2%, при этом спектр излучения ИСИ соответствует AM1.5 и ИУ находится при постоянной температуре (данную процедуру следует применять до начала испытаний на надежность);
e) дозу и время облучения, используемого для кондиционирования ИУ, фиксируют в протоколе испытаний, в который также включают любые другие сведения о процедуре кондиционирования ИУ.
4.3.3 Визуальный контроль
Каждый образец тщательно осматривают при освещенности не менее 1000 люкс на наличие следующих дефектов:
- потрескавшиеся, изогнутые, смещенные или поврежденные внешние поверхности;
- неисправные соединения или поврежденные места соединений;
- пустоты и видимая коррозия любого из тонкопленочных слоев активной цепи;
- видимая коррозия выходных соединений и шин;
- разрушение клеевых соединений;
- пузырьки или расслоения, образующие непрерывный путь между ячейкой и краем модуля;
- липкие поверхности пластиковых материалов;
- любые другие дефекты, которые могут повлиять на эксплуатационные характеристики.
Сведения о любых трещинах, пузырях или расслоениях и т.п., которые могут ухудшить и негативно повлиять на характеристики ИУ при последующих испытаниях, фиксируют в протоколе, рекомендуется также прикладывать фотографии дефектов.
4.3.4 Сбор данных
Процедура сбора данных во время проведения испытаний должна соответствовать указанным ниже минимальным требованиям:
На начальном этапе испытаний измерения выполняют ежедневно один раз в день в течение первых пяти дней; далее — еженедельно;
Для измерения температуры применяют ТС Rt100 (или аналогичный) или термопару. В испытаниях с облучением измерительный датчик прикрепляют к задней части по крайней мере одного ИУ или используют откалиброванный НФЭУ по BST (черная стандартная температура). В других испытаниях температуру измеряют в камере;
Измерения выполняют по ГОСТ Р МЭК 60904-1. Из-за особенностей НФЭУ, см. 3.1.1, могут потребоваться специально разработанные методики для построения кривой ВАХ. В протоколе приводят подробное описание примененной методики;
ТММ определяют непосредственно из кривой ВАХ путем умножения тока I на напряжение U для каждого измеренного значения и определяют максимальную мощность ИУ P = U·I.
4.3.5 Критерии успешного прохождения испытаний
Целью испытаний является количественная оценка надежности ИУ. Для этой цели в настоящем стандарте не определены критерии успешного прохождения испытаний. Результатом испытаний является количественный критерий надежности, определенный как t80.
5 Методы испытаний
5.1 Метод испытания 1. Сухое тепло
5.1.1 Цель испытания
Определение стойкости ИУ к тепловым нагрузкам.
5.1.2 Температура/влажность
Испытание проводят по ГОСТ Р МЭК 60068-2-2. Испытания проводят при значениях температуры 45 °C, 65 °C и 85 °C. Рекомендуется проводить испытания при температуре 85 °C. Испытание завершают по достижении t80 или по решению изготовителя.
5.1.3 Регистрация данных
Первые пять дней измерения выполняют ежедневно один раз в день с перерывом от воздействия ВФ на ИУ не более чем на шесть часов, далее — еженедельно с перерывом от воздействия ВФ не более чем на шесть часов. Общее время нахождения ИУ под воздействием ВФ фиксируют в протоколе в часах. При применении ИСИ измерение и регистрация ВАХ обязательны. Хранение устройств — в условиях разомкнутой цепи. До измерения эффективности ИУ выдерживают при стандартных условиях.
5.1.4 Эффективность
Условную эффективность или максимальную выходную мощность определяют по результатам измерений ВАХ и наносят на график в зависимости от времени. Затем из графика определяют продолжительность испытаний, начальную условную эффективность, время t80 и скорость снижения эффективности. Результаты испытаний и визуального контроля ИУ, включая любые изменения, фиксируют в протоколе.
5.1.5 Испытательное оборудование
a) Калиброванный ИСИ со спектром излучения AM1.5 по ГОСТ Р МЭК 60904-9 для измерений ВАХ внутри помещения. Для измерения ВАХ см. также примечание в 3.1.3;
b) печь с температурной стабильностью +/- 2 °C, регистратор температуры по ГОСТ Р МЭК 60068-2-2.
5.2 Метод испытания 2. Ультрафиолетовое излучение
5.2.1 Цель испытания
Определение стойкости ИУ к воздействию ультрафиолетового излучения, в том числе выявление материалов/частей ИУ, которые подвержены воздействию ультрафиолетового излучения.
5.2.2 Источник излучения
Источник УФ-излучения, генерирующий УФ-излучение с равномерностью излучения >= 5% по отношению к плоскости ИУ без заметного излучения при длинах волн менее 285 нм и более 400 нм. Испытательная камера должна быть оснащена контрольно-измерительными приборами для измерений параметров облучения на плоскости ИУ в диапазонах длин волн от 285 до 400 нм с погрешностью не более 15%. ИУ должны подвергаться УФ-облучению в диапазоне длин волн от 285 до 400 нм при сохранении температуры ИУ в пределах установленного диапазона. В испытательной плоскости устройства интенсивность ультрафиолетового излучения не должна превышать 250 Вт/м2 на длинах волн от 285 до 400 нм и должна быть равномерной по плоскости в пределах +/- 15%.
5.2.3 Температура/влажность
Оборудование для испытаний ИУ на воздействие УФ-облучения должно быть способно поддерживать постоянную температуру в интервале от 5 °C до 65 °C. Температуру ИУ измеряют с погрешностью +/- 2 °C. Датчики температуры прикрепляют в середине передней или задней поверхности ИУ. При испытаниях измеряют температуру эталонного устройства. Влажность не определяют.
5.2.4 Регистрация данных
Первые пять дней измерения выполняют ежедневно один раз в день с перерывом от воздействия ВФ на ИУ не более чем на шесть часов, далее — еженедельно с перерывом от воздействия ВФ не более чем на шесть часов. Общее время нахождения ИУ под воздействием ВФ фиксируют в протоколе в часах. При применении ИСИ измерение и регистрация ВАХ обязательны. Хранение устройств — в условиях разомкнутой цепи. До измерения эффективности ИУ выдерживают при стандартных условиях.
5.2.5 Эффективность
Условную эффективность или максимальную выходную мощность определяют по результатам измерений ВАХ и наносят на график в зависимости от времени. Затем из графика определяют продолжительность испытаний, начальную условную эффективность, время t80 и скорость снижения эффективности. Результаты испытания и визуального контроля ИУ, включая любые изменения, фиксируют в протоколе.
Испытание может быть прекращено при достижении облучения 15 кВт·ч/м2. Соответствующие результаты фиксируют в протоколе.
5.2.6 Испытательное оборудование
a) Калиброванный ИСИ со спектром излучения AM1.5 по ГОСТ Р МЭК 60904-9 для измерения ВАХ внутри помещения. Для измерения ВАХ см. также примечание в 3.1.3.
b) УФ-камера, соответствующая требованиям 5.2.2 и 5.2.3.
5.3 Метод испытания 3. Влажное тепло
5.3.1 Цель испытания
Определение стойкости ИУ к долговременному воздействию влаги при повышенной температуре.
5.3.2 Процедура
Испытание проводят по ГОСТ Р МЭК 60068-2-78 и в соответствии с 5.3.3 - 5.3.6.
5.3.3 Температура/влажность
Используют следующие сочетания температура/относительная влажность: 45 °C/85%, 65 °C/85% и 85 °C/85%. ВФ выбирают в зависимости от стабильности характеристик ИУ с учетом разумной продолжительности испытаний и разброса результатов.
5.3.4 Регистрация данных
Первые пять дней измерения выполняют ежедневно один раз в день с перерывом от воздействия ВФ на ИУ не более чем на шесть часов, далее — еженедельно с перерывом от воздействия ВФ не более чем на шесть часов. Общее время нахождения ИУ под воздействием ВФ фиксируют в протоколе в часах. При применении ИСИ измерение и регистрация ВАХ обязательны. Хранение устройств — в условиях разомкнутой цепи. До измерения эффективности ИУ выдерживают при стандартных условиях.
5.3.5 Эффективность
Условную эффективность или максимальную выходную мощность определяют по результатам измерений ВАХ и наносят на график в зависимости от времени. Затем из графика определяют продолжительность испытаний, начальную условную эффективность, время t80 и скорость снижения эффективности. Результаты испытаний и визуального контроля ИУ, включая любые изменения, фиксируют в протоколе.
5.3.6 Испытательное оборудование
a) Калиброванный ИСИ со спектром излучения AM1.5 по ГОСТ Р МЭК 60904-9 для измерения ВАХ внутри помещения. Для измерения ВАХ см. также примечание в 3.1.3;
b) климатическая камера по ГОСТ Р МЭК 60068-2-78.
5.4 Метод испытания 4. Воздействие света
5.4.1 Цель испытания
Определение стойкости ИУ к долговременному воздействию излучения со спектральным распределением, аналогичным излучению Солнца.
5.4.2 Источник света
Ксеноновая или светодиодная лампа с интенсивностью излучения от 600 до 1000 Вт/м2 или, в качестве альтернативы, ИСИ класса CCC по ГОСТ Р МЭК 60904-9 (как наиболее подходящий имитатор в части спектрального соответствия, пространственной и временной однородности), предпочтительно применять постоянное, равномерное облучение. Интенсивность излучателя может изменяться в ходе испытания и иметь пространственные вариации, поэтому облучение и спектр контролируют на всех ИУ и регистрируют в процессе испытания. Однако можно предположить, что пространственные вариации системы остаются относительно постоянными в течение испытания.
Интенсивность света контролируют в течение всего времени испытания, она не должна изменяться более чем на +/- 10%. Для ксеноновых ламп достаточен контроль интенсивности света в диапазоне от 300 до 400 нм, для светодиодных — во всем используемом диапазоне длин волн.
5.4.3 Оборудование и условия нагрузки
ИУ устанавливают перпендикулярно к лучу света с регулируемым расстоянием от источника и подключают к активной или пассивной нагрузке. В случае пассивной нагрузки сопротивление нагрузки выбирают так, чтобы устройство находилось в ТММ при T0. В случае активной нагрузки сопротивление нагрузки поддерживают на уровне, достаточном для работы ИУ в ТММ. Интервал отслеживания ТММ может составлять от 1 с до одного дня.
5.4.4 Температура
Датчик температуры Pt100 (дистанционный температурный датчик) или термопара должны быть прикреплены к задней стороне ИУ. Отклонение реальной температуры от измеренной не учитывают. Для контроля температуры используют термометр «черная панель» или черный стандартный термометр. В этом случае температура ИУ должна быть откалибрована. Температуру ИУ регулируют путем охлаждения.
5.4.5 Влажность окружающей среды
Условия окружающей среды должны быть в пределах от 30% до 60% относительной влажности при температуре от 16 °C до 30 °C.
5.4.6 Регистрация данных
Первые пять дней измерения выполняют ежедневно один раз в день с перерывом от воздействия ВФ на ИУ не более чем на шесть часов, далее — еженедельно с перерывом от воздействия ВФ не более чем на шесть часов. Общее время нахождения ИУ под воздействием ВФ регистрируют в протоколе в часах. При применении ИСИ измерение и регистрация ВАХ не требуются. Хранение устройств — в условиях разомкнутой цепи. До измерения эффективности ИУ выдерживают при стандартных условиях.
5.4.7 Эффективность
Условную эффективность или максимальную выходную мощность определяют по результатам измерений ВАХ и наносят на график в зависимости от времени. Затем из графика определяют продолжительность испытаний, начальную условную эффективность, время t80 и скорость снижения эффективности. Результаты испытаний и визуального контроля ИУ, включая любые изменения, фиксируют в протоколе.
5.4.8 Испытательное оборудование
a) Калиброванный ИСИ со спектром излучения AM1.5 по ГОСТ Р МЭК 60904-9 для измерения ВАХ внутри помещения. Для измерения ВАХ см. также примечание в 3.1.3;
b) калиброванная лампа с регистратором интенсивности, регистратором температуры. Рекомендуется применять стандартное оборудование, которое сочетает в себе эти функции (см. [3], [4]).
5.5 Метод испытания 5. Натурные испытания
5.5.1 Цель испытания
Определение стойкости ИУ к длительному воздействию ВФ и выявление любых синергетических эффектов деградации, которые не могут быть обнаружены в условиях лабораторных испытаний, представлено в [5].
5.5.2 Месторасположение
Широту/долготу, высоту места проведения испытаний, дату их начала и продолжительность воздействия ВФ фиксируют в протоколе. ИУ устанавливают лицевой стороной к югу в северном полушарии и лицевой стороной к северу в южном полушарии. Рекомендуется проводить испытания в различных местах (например, в засушливых, субтропических, прибрежных, на больших высотах, в условиях загрязнения) в условиях, соответствующих климату под открытым небом (см. [6]). ИУ должны быть защищены от любых источников тени, кроме облаков.
5.5.3 Солнечное излучение
Для контроля освещенности в точке воздействия излучения на ИУ используют пиранометр с погрешностью не более +/- 50 Вт/м2 или откалиброванную эталонную ячейку.
5.5.4 Приборы
ИУ устанавливают в одной плоскости с прибором для измерения облучения.
5.5.5 Температура
Датчик температуры Pt100 (дистанционный температурный датчик) или термопара должны быть прикреплены к задней стороне ИУ. Отклонение реальной температуры от измеренной не учитывают.
5.5.6 Условия нагрузки
К ИУ подключают пассивную нагрузку, которую выбирают таким образом, чтобы ИУ находилось в ТММ в момент T0. В качестве альтернативы к ИУ может быть подключена активная нагрузка. В случае активной нагрузки сопротивление нагрузки поддерживают на уровне, достаточном для работы ИУ в ТММ.
5.5.7 Влажность/ветер
Параметры влажности и ветра (направление и скорость) в месте проведения испытаний фиксируют в протоколе.
5.5.8 Регистрация данных
Испытания проводят на открытом воздухе в стандартных условиях эксплуатации с периодическим измерением и регистрацией характеристик. Рекомендуемые интервалы измерения и регистрации характеристик — еженедельно или ежемесячно. Для измерения и регистрации дозы облучения допускается устанавливать другие временные интервалы.
5.5.9 Эффективность
Условную эффективность или максимальную выходную мощность определяют по результатам измерений ВАХ и наносят на график в зависимости от времени. Затем из графика определяют продолжительность испытаний, начальную условную эффективность, время t80 и скорость снижения эффективности. Результаты испытаний и визуального контроля ИУ, включая любые изменения, фиксируют в протоколе.
5.5.10 Испытательное оборудование
a) Калиброванный ИСИ со спектром излучения AM1.5 по ГОСТ Р МЭК 60904-9 для измерения ВАХ внутри помещения. Для измерения ВАХ см. также примечание в 3.1.3;
b) пиранометр или откалиброванная эталонная ячейка, регистратор температуры и оборудование (см. [5]).
5.6 Метод испытания 6. Лабораторное выветривание
5.6.1 Цель испытания
Определение воздействия солнечного излучения, имитируемого ИСИ, тепла и влажности, которые одновременно действуют на ИУ и ускоряют химические и физические изменения, происходящие в процессе естественной деградации. Общее руководство и специальные инструкции по проведению ускоренных испытаний на стойкость ИУ к атмосферным явлениям с использованием ксеноновой дуговой лампы с надлежащей фильтрацией приведены в [3], [4].
5.6.2 Температура/влажность/освещение
Параметры ВФ — представлены в [4].
Спектральное распределение мощности излучения — спектр излучения ксеноновой или угольной дуговой лампы с фильтрами дневного света — указано в [4], таблица 1 (метод A).
Параметры ВФ приведены в таблице 3 (см. [4], таблица 3, цикл 1).
5.6.3 Приборы
ИУ должны быть установлены в одной плоскости с прибором для измерения облучения.
5.6.4 Условия нагрузки
ИУ помещают под облучение с подключенной пассивной нагрузкой. Сопротивление нагрузки выбирают так, чтобы ИУ находилось в ТММ в момент T0. В качестве альтернативы допускается проводить испытания в условиях разомкнутой цепи.
5.6.5 Регистрация данных
Первые пять дней измерения выполняют ежедневно один раз в день с перерывом от воздействия ВФ на ИУ не более чем на шесть часов, далее — еженедельно с перерывом от воздействия ВФ не более чем на шесть часов. Общее время нахождения ИУ под воздействием ВФ регистрируют в протоколе в часах и циклах. При применении ИСИ измерение и регистрация ВАХ не требуется. До измерения эффективности ИУ выдерживают при стандартных условиях.
5.6.6 Эффективность
Условную эффективность или максимальную выходную мощность определяют по результатам измерений ВАХ и наносят на график в зависимости от времени. Затем из графика определяют продолжительность испытаний, начальную условную эффективность, время t80 и скорость снижения эффективности. Результаты испытаний и визуального контроля ИУ, включая любые изменения, фиксируют в протоколе.
5.6.7 Испытательное оборудование
a) Калиброванный ИСИ со спектром излучения AM1.5 по ГОСТ Р МЭК 60904-9 для измерения ВАХ внутри помещения. Для измерения ВАХ см. также примечание в 3.1.3;
b) установка, измеряющая и контролирующая облучение, температуру воздуха в камере и относительную влажность, имеющая в комплекте черный стандартный термометр, а также обеспечивающая циклическое распыление воды (см. [4]). Все приборы для измерения освещенности, температуры или влажности должны быть аттестованы или откалиброваны в установленном порядке. Рекомендации по применению соответствующих приборов приведены в [3], [4], [7].
5.7 Метод испытания 7. Термоциклирование
5.7.1 Цель испытания
Определение стойкости ИУ к термической усталости и другим нагрузкам, вызванным многократными изменениями температуры.
5.7.2 Температура/влажность
Термоциклирование — по ГОСТ Р МЭК 61646. Измерения характеристик ИУ выполняют в интервале температур от (минус 40 +/- 2) °C до (плюс 85 +/- 2) °C в соответствии с графиком, приведенным на рисунке 5. Скорость изменения температуры между ее крайними значениями не должна превышать 100 °C/ч, температура ИУ должна оставаться стабильной на каждом экстремуме в течение не менее 10 мин. Продолжительность цикла не должна превышать 6 ч. Влажность не регулируют. Время цикла и условия окружающей среды, включая фактическую влажность, фиксируют в протоколе испытаний.
5.7.3 Регистрация данных
Сначала выполняют по одному измерению на каждом ИУ после каждых 10 циклов с перерывом от воздействия ВФ не более чем на шесть часов. Далее измерения выполняют через каждые 50 циклов с перерывом от воздействия ВФ не более чем на шесть часов. Общее время нахождения ИУ под воздействием ВФ регистрируют в протоколе в часах и циклах. При применении ИСИ измерение и регистрация ВАХ не требуется. Хранение устройств — в условиях разомкнутой цепи. До измерения эффективности ИУ выдерживают при стандартных условиях.
5.7.4 Эффективность
Условную эффективность или максимальную выходную мощность определяют по результатам измерений ВАХ и наносят на график в зависимости от времени. Затем из графика определяют продолжительность испытаний, начальную условную эффективность, время t80 и скорость снижения эффективности. Результаты испытаний и визуального контроля ИУ, включая любые изменения, фиксируют в протоколе.
5.7.5 Испытательное оборудование
a) Калиброванный ИСИ со спектром излучения AM1.5 по ГОСТ Р МЭК 60904-9 для измерения ВАХ внутри помещения. Для измерения ВАХ см. также примечание в 3.1.3;
b) климатическая камера с автоматическим контролем температуры, устройствами для циркуляции воздуха и предотвращения образования конденсата на ИУ во время испытания, позволяющая термоциклировать одно или несколько ИУ, как показано на рисунке 5;
c) устройство для установки или поддержки ИУ в климатической камере, обеспечивающее свободную циркуляцию окружающего воздуха и обладающее низкой теплопроводностью, чтобы ИУ были практически теплоизолированы;
d) средство измерения и регистрации температуры ИУ с погрешностью +/- 1 °C;
e) средства контроля целостности внутренней цепи для каждого ИУ на протяжении всего испытания.
Рисунок 5 — График термоциклирования
6 Протокол испытаний
Протокол испытаний с измеренными характеристиками оформляют в соответствии с ГОСТ ISO/IEC 17025. Протокол испытаний должен содержать следующие данные:
a) обозначение и наименование настоящего стандарта;
b) наименование и адрес испытательной лаборатории и указание места, где были проведены испытания;
c) уникальную идентификацию протокола и каждой страницы и четкое определение цели испытаний;
d) наименование и адрес заказчика, при необходимости;
e) описание и идентификацию ИУ и технологического процесса;
f) характеристики и описание состояния ИУ;
g) дату получения ИУ и дату(ы) испытаний, при необходимости;
h) описание использованных методов испытаний;
j) описание процедуры отбора образцов, при необходимости;
k) число ИУ, использованных в каждом методе испытаний, и число ИУ, которые не выдержали испытания;
l) любые отклонения или дополнения методов испытаний, а также любая другая информация, относящаяся к конкретному методу испытаний, например условия окружающей среды;
m) сведения о процедурах измерений и полученные результаты, включая таблицы, графики, эскизы и фотографии, при необходимости;
n) сведения о предполагаемой достоверности результатов испытаний (при необходимости);
p) дату, подпись (подписи), фамилию, имя, отчество лица (лиц), подписавшего(их) протокол;
q) заявление о том, что результаты относятся только к проверенным изделиям, при необходимости;
r) заявление о том, что протокол не может быть использован без письменного разрешения лаборатории.
Копия протокола испытаний хранится в лаборатории и у изготовителя.
ТИПИЧНЫЕ ВИДЫ ОТКАЗОВ НАНОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ
Анализ видов и причин отказов в сопоставлении с механизмами отказов является основой оценки надежности НФЭУ. Особое внимание следует уделять причинам разрушения ИУ, связанным с наноструктурой применяемых материалов.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ ОПТИМАЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ НА НАДЕЖНОСТЬ
Чтобы повысить стабильность технологического процесса на этапе разработки продукции, важно выбрать подходящую температуру для испытаний на надежность. Более высокие температуры обычно приводят к более быстрым отказам в любом изделии или системе, в том числе отказам, которые вряд ли произойдут в реальных условиях, или к катастрофическим отказам из-за физических свойств системы.
Примерами для НФЭУ являются испарение электролита в сенсибилизированных красителем солнечных элементах при температуре 80 °C или температура стеклования 78 °C полиэтилентерефталата, который обычно используют в качестве подложки для гибких элементов и модулей.
По этой причине в настоящем стандарте для испытаний приведены несколько значений температуры. Какую температуру следует использовать и на какой стадии разработки НФЭУ, оставлено на усмотрение изготовителя.
В качестве общей рекомендации можно отметить, что следует выбирать такие значения температуры, чтобы деградация, позволяющая отслеживать процесс разрушения ИУ, наблюдалась в разумные сроки. Как правило, это означает, что время t80 должно составлять от нескольких дней до нескольких недель для проведения оптимального цикла испытаний. Если t80 меньше, плотность полученных результатов будет достаточно низкой для получения необходимой информации. Если t80 составляет от нескольких месяцев до нескольких лет, то трудно корректировать процесс разработки НФЭУ.
Опыт показывает, что для НФЭУ температура 65 °C является оптимальной для первичных испытаний. Если целью является вывод продукции на рынок, то потребуются испытания при температуре 85 °C.
СВЕДЕНИЯ О СООТВЕТСТВИИ ССЫЛОЧНЫХ НАЦИОНАЛЬНЫХ СТАНДАРТОВ МЕЖДУНАРОДНЫМ СТАНДАРТАМ, ИСПОЛЬЗОВАННЫМ В КАЧЕСТВЕ ССЫЛОЧНЫХ В ПРИМЕНЕННОМ МЕЖДУНАРОДНОМ ДОКУМЕНТЕ
| Обозначение ссылочного межгосударственного стандарта | Степень соответствия | Обозначение и наименование ссылочного международного стандарта |
| ГОСТ ISO/IEC 17025-2019 | IDT | ISO/IEC 17025:2017 «Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий» |
| ГОСТ Р МЭК 60068-2-2-2009 | IDT | IEC 60068-2-2:2007 «Испытания на воздействие внешних факторов. Часть 2-2. Испытания. Испытание B: Сухое тепло» |
| ГОСТ Р МЭК 60068-2-78-2009 | IDT | IEC 60068-2-78:2001 «Испытание на воздействие внешних факторов. Часть 2-78. Испытания. Испытание Cab: Влажное тепло, установившийся режим» |
| ГОСТ Р МЭК 60904-1-2013 | IDT | IEC 60904-1:2006 «Приборы фотоэлектрические. Часть 1. Измерение вольт-амперных характеристик» |
| ГОСТ Р МЭК 60904-9-2016 | IDT | IEC 60904-9:2007 «Приборы фотоэлектрические. Часть 9. Требования к рабочим характеристикам имитаторов солнечного излучения» |
| ГОСТ Р МЭК 61646-2013 | IDT | IEC 61646:2008 «Модули фотоэлектрические тонкопленочные для наземного применения. Квалификационная оценка конструкции и утверждение по образцу» |
| Примечание — В настоящей таблице использовано следующее условное обозначение степени соответствия стандартов: - IDT — идентичные стандарты. | ||
БИБЛИОГРАФИЯ
| УДК 697.329:006.354 | ОКС 07.120 27.160 |
| Ключевые слова: нанотехнологии, устройства фотоэлектрические нанотехнологические, оценка надежности, методы испытаний на стойкость к воздействию внешних факторов | |