فناوری نانو- ارزیابی قابلیت اطمینان- قسمت ۲- ۱: افزارههای فتوولتائیک نانوفعال- آزمون پایداری
Nanotechnology-Reliability assessment-Part 2-1: Nano-enabled photovoltaic devices -Stability test
شماره:
20304-2-1
سال انتشار:
1399
فتوولتائیکهای نانو فعال (NePV) قالب نوینی از فناوری فتوولتائیک است که میتواند در صفحههای بزرگ، انعطافپذیر و نازک از طریق فرایند انحلال یا رسوب بخار ساخته شود. بسیاری از مواد دخیل، نانومواد و نیم رساناهای آلی هستند. این مواد تبدیل نور خورشید را به الکترونهای آزاد بهبود داده و از استخراج الکترونها از افزاره پشتیبانی میکنند علاوه بر این از نانومواد به عنوان لایههای مرزی استفاده میشود و بهعنوان پوششهای محافظ برای افزایش پایداری افزاره فتوولتائیک به کار میرود فتوولتائیک نانوفعال به دلیل استفاده از زیرلایههای پلیمری انعطافپذیر کم هزینه و فیلمهای بستهبندی، این توانایی را دارد که بتواند انرژی تجدیدپذیر کم هزینه را با توجه به تولید نسبتاً ارزان توان عملیاتی بالا و مواد کم هزینه تأمین کند. علاوه بر این، انتظار میرود فتوولتائیک نانو فعال با توجه به وزن سبک، انعطافپذیری توانایی تطبیق و تنظیم رنگ و بازده مناسب در میزان نور کم محصولات جدیدی ایجاد نماید که این امر برای استفاده در فضای داخل مفید باشد با توجه به این ویژگیها فتوولتائیک نانو فعال با در نظر گرفتن بهبود بازده و پایداری توجه بیشتری را در میان گروههای مختلف به خود جلب مینماید که منجر به افزایش بازده قابل توجه از طریق دستاوردهای مهندسی مواد و بهینهسازی فرایند شده است. از آن جایی که روشهای آزمون استاندارد شدهای در مورد پایداری وجود ندارد هنوز پیشرفتها مشهود نبوده و اثبات نشده است. به منظور تجاریسازی فتوولتائیک نانو، فعال باید به پایداری آن توجه شود و برای ایجاد مقایسه مناسب پایداری نیاز به توسعه آن است.
در هدف و دامنه کاربرد این استاندارد فتوولتائیک نانو فعال به افزارههای فتوولتائیک ساخته شده از ماهیت موادی در اندازه نانو اشاره دارد که شامل ترکیبی از اجزای آلی و معدنی و مواد سخت و نرم، گاهی شامل الکترولیتهای مایع است که به طور کلی با استفاده از روشهای آمادهسازی کم هزینه به وسیله فرایند انحلال در دمای پایین ترکیب میشود توسعه این نوع سلولهای خورشیدی در درجه اول از طریق چهار روش اصلی انجام میشود که عبارتند از پلیمرهای آلی یا مولکولهای کوچک (OPV)، سلولهای خورشیدی حساس به رنگ (DSSC)، سلولهای خورشیدی ترکیبی آلی معدنی و سلولهای خورشیدی مبتنی بر نقطه کوانتومی روشهای اجرایی ذکر شده در این استاندارد برای فتوولتائیک نانو فعال طراحی شده است اما ممکن است به عنوان یک راهنما برای ارزیابی پایداری اولیه مواد یا فرایندهای جدید برای سایر فناوریهای فتوولتائیک نیز ارائه شود. استانداردهای ارزیابی پایداری شرایطی برای یک مجموعه از آزمونهای تنش تعیین میکند که عوامل تنش مجزایی که میتواند منجر به ایجاد خرابی در محیط کار شود نشان داده شود تا به توسعهدهندگان اجازه دهد در شرایطی تکرارپذیر، آزمون نمایند و از نظر کمی پایداری افزارههای فتوولتائیک را که در معرض این شرایط تنش هستند مقایسه کنند چندین پروتکل درباره شرایط ارزیابی پایداری توسط اجلاس بینالمللی پایداری فتوولتائیک آلی (ISOS) مربوط به انجمن فتوولتائیک آلی ارائه شده است. شرایط آزمون تعیین شده در این استاندارد بر اساس پروتکل اجلاس بینالمللی پایداری فتوولتائیک آلی، انتخاب و اصلاح شرایط به گونهای است که قابل استفاده در طیف وسیعی از افزارههای فتوولتائیک نانو فعال باشد با این حال پیشبینی و تعیین کمیت قابلیت اطمینان واقعی، به طور قابل توجهی به یک آزمودن گستردهتر نیاز دارد و در هدف و دامنه کاربرد این استاندارد نیست.
از اهداف این استاندارد مشخص کردن الزامات استاندارد ارزیابی پایداری (SAS) کلی برای استفاده فتوولتائیک نانو فعال در نظر گرفته شده است اما محدود به محیطهای بیرونی نیست، جهت دادن به توسعهدهندگان و مهندسان توسعه افزارههای فتوولتائیک نانو فعال راهنمای آزمون برای آزمایشگاههای آزمون و امکان مقایسه کمی پایداری بین فناوریهای مختلف نیز از اهداف این استاندارد است. الزامات مندرج در این استاندارد برای استفاده در تأیید نوع افزاره یا گواهینامه در نظر گرفته نشده است. این استاندارد به سادگی مجموعهای از آزمونها را برای ارزیابی پایداری ارائه میدهد و حداقل الزامات گزارش دهی را تعیین مینماید تا انجمن را از طریق فرایند بهبود فناوری با دستیابی به اندازهگیری های قابل مقایسه راهنمایی نماید و اجازه میدهد تا در یک روش مجاز و قابل مقایسه پیشرفت در پایداری افزاره اندازهگیری شود. شرایط آزمون خاصتر برای افزارههای خاص و یا برای کاربردهای خاص باید در آینده به طور جداگانه توسعه یابد.
روش اجرایی کلی برای آزمون پایداری توصیه شده برای اندازه گیری کارایی افزاره قبل و در فواصل معین پس از اعمال فشارهای واضح بر روی افزارههای فتوولتائیک نانو فعال جهت پیگیری تغییرات کارایی به دلیل تنشهای اعمال شده است. لازم نیست تمام آزمونهای توصیه شده یا شرایط تنش در همه مراحل توسعه انجام شود در مراحل اولیه توسعه، باید ابتدا زیر مجموعهای از آزمونها که اجرای آنها به نسبت آسان است به عنوان مثال گرمای خشک، گرمای مرطوب و قرار دادن در معرض نور، انجام شود تا اولین اطلاعات در مورد پایداری کلی سیستم آزمون شده به دست آید. با پیشرفت فناوری خاص و پیشرفت این فناوری، توصیه میشود در صورت لزوم آزمونهای پیچیدهتری نیز اضافه شود. توصیه میشود در مراحل بعدی برای کنترل منظم فرایند و پایش مواد و همچنین برای شناسایی مشکلات، آزمون مجدد در نظر گرفته شود. این آزمونها عوامل تنش معینی را مشخص مینماید که انتظار میرود افزاره هنگام قرار دادن در معرض نور در فضای باز به طور مکرر در برابر این عوامل قرار گیرند در این استاندارد، هر یک از آزمونها برای تعیین بیشترین عوامل تنش آسیبزا و کمک به تحلیل حالت خرابی انتخابی، بر روی مجموعه جدیدی از افزارهها انجام شده است. ممکن است آزمونهای متوالی در شرایط مختلف انجام شود، اما انتظار میرود نتایج تفسیر دشوار باشد برای تضمین تأثیر تنشهای متعدد و متنوع، یک آزمون هوازدگی آزمایشگاهی منطبق و گنجانده شده است.
فتوولتائیک نانو فعال بسیاری از مواد پلیمری مانند پیوند دهندهها برای نانو مواد، زیر لایهها چسبها و مواد بسته بندی را در بر میگیرد که ممکن است یک برهم کنش قوی با لایههای فعال فتوولتائیک افزارههای فتوولتائیک نانو فعال تحت آزمون داشته باشد و بنابراین ممکن است در کل بر پایداری افزاره تأثیر داشته باشد. برای پرداختن به این موضوع، آزمونهای پایداری در این استاندارد با آزمونهایی که در هوازدگی مصنوعی پلیمرها استفاده میشود، ارتباط نزدیک دارند آزمونهای پایداری که در این استاندارد بیان شده است میتواند جزئی از تحلیلهای خرابی جامع به منظور شناسایی دلایل افت کارایی باشد که میتواند نتیجه بسیاری از موضوعات مختلف قرار گیرد روشهای اجرایی شرح داده شده در این استاندارد بر افزارههای فتوولتائیک نانو فعال متمرکز شده است اما محدود به آنها نیست در این استاندارد حداقل تجهیزات و روشهای اجرایی متداول ارائه شده است پایداری، همیشه باید به عنوان یک ویژگی سیستم در نظر گرفته شود با تغییر لایهها یا مواد موجود در سیستم از جمله در بستهبندی، آزمون مجدد لازم خواهد بود تا اطمینان حاصل شود که تاثیری آسیبزا بر پایداری نداشته باشد.
این استاندارد توصیه خاصی درباره مواد و سازههای افزاره که آزمون میشوند ارائه نمیدهد و میتواند برای طیف گستردهای از سیستمها اعمال شود. این استاندارد به عنوان یک سند کلی است که میتواند برای همه افزارههای فتوولتائیک نانو فعال در نظر گرفته شود بر این اساس، قرار نیست به عنوان استاندارد برای مدولهای فتوولتائیک مونتاژ شده استفاده شود. آزمونهای تنش برای ایجاد ثبات روشهای اجرایی آزمون و گزارش اطلاعات قابلیت اطمینان به طور خاص و صریح تعریف شده است.
هدف از تدوین این استاندارد
هدف از تدوین این استاندارد ارائه یک برنامه آزمون پایداری کلی به منظور تأیید پایداری کارایی نانومواد و افزارههای فتوولتائیک نانو فعال (NePV) است این افزارهها از طریق ترکیب با سایر اجزا به عنوان زیر مجموعهای برای ساخت مدولهای فتوولتائیک مورد استفاده قرار میگیرند این برنامه آزمون، شرایط تخریب استاندارد شده روششناسیها و ارزیابی دادهها برای فناوریها را تعریف میکند. نتایج این آزمونها پایداری در شرایط تخریب استاندارد شده را برای ارزیابی کمی پایداری یک فناوری جدید تعیین می کند. روشهای اجرایی تشریح شده در این استاندارد برای فتوولتائیک نانو فعال طراحی شده است، اما میتواند به عنوان یک راهنما برای سایر فناوریهای فتوولتائیک نیز ارائه شود.
شماره استاندارد ملی ایران:
20304-2-1
سال انتشار:
1399
فناوری نانو- ارزیابی قابلیت اطمینان- قسمت ۲- ۱: افزارههای فتوولتائیک نانوفعال- آزمون پایداری
Nanotechnology-Reliability assessment-Part 2-1: Nano-enabled photovoltaic devices -Stability test
فتوولتائیکهای نانو فعال (NePV) قالب نوینی از فناوری فتوولتائیک است که میتواند در صفحههای بزرگ، انعطافپذیر و نازک از طریق فرایند انحلال یا رسوب بخار ساخته شود. بسیاری از مواد دخیل، نانومواد و نیم رساناهای آلی هستند. این مواد تبدیل نور خورشید را به الکترونهای آزاد بهبود داده و از استخراج الکترونها از افزاره پشتیبانی میکنند علاوه بر این از نانومواد به عنوان لایههای مرزی استفاده میشود و بهعنوان پوششهای محافظ برای افزایش پایداری افزاره فتوولتائیک به کار میرود فتوولتائیک نانوفعال به دلیل استفاده از زیرلایههای پلیمری انعطافپذیر کم هزینه و فیلمهای بستهبندی، این توانایی را دارد که بتواند انرژی تجدیدپذیر کم هزینه را با توجه به تولید نسبتاً ارزان توان عملیاتی بالا و مواد کم هزینه تأمین کند. علاوه بر این، انتظار میرود فتوولتائیک نانو فعال با توجه به وزن سبک، انعطافپذیری توانایی تطبیق و تنظیم رنگ و بازده مناسب در میزان نور کم محصولات جدیدی ایجاد نماید که این امر برای استفاده در فضای داخل مفید باشد با توجه به این ویژگیها فتوولتائیک نانو فعال با در نظر گرفتن بهبود بازده و پایداری توجه بیشتری را در میان گروههای مختلف به خود جلب مینماید که منجر به افزایش بازده قابل توجه از طریق دستاوردهای مهندسی مواد و بهینهسازی فرایند شده است. از آن جایی که روشهای آزمون استاندارد شدهای در مورد پایداری وجود ندارد هنوز پیشرفتها مشهود نبوده و اثبات نشده است. به منظور تجاریسازی فتوولتائیک نانو، فعال باید به پایداری آن توجه شود و برای ایجاد مقایسه مناسب پایداری نیاز به توسعه آن است.
در هدف و دامنه کاربرد این استاندارد فتوولتائیک نانو فعال به افزارههای فتوولتائیک ساخته شده از ماهیت موادی در اندازه نانو اشاره دارد که شامل ترکیبی از اجزای آلی و معدنی و مواد سخت و نرم، گاهی شامل الکترولیتهای مایع است که به طور کلی با استفاده از روشهای آمادهسازی کم هزینه به وسیله فرایند انحلال در دمای پایین ترکیب میشود توسعه این نوع سلولهای خورشیدی در درجه اول از طریق چهار روش اصلی انجام میشود که عبارتند از پلیمرهای آلی یا مولکولهای کوچک (OPV)، سلولهای خورشیدی حساس به رنگ (DSSC)، سلولهای خورشیدی ترکیبی آلی معدنی و سلولهای خورشیدی مبتنی بر نقطه کوانتومی روشهای اجرایی ذکر شده در این استاندارد برای فتوولتائیک نانو فعال طراحی شده است اما ممکن است به عنوان یک راهنما برای ارزیابی پایداری اولیه مواد یا فرایندهای جدید برای سایر فناوریهای فتوولتائیک نیز ارائه شود. استانداردهای ارزیابی پایداری شرایطی برای یک مجموعه از آزمونهای تنش تعیین میکند که عوامل تنش مجزایی که میتواند منجر به ایجاد خرابی در محیط کار شود نشان داده شود تا به توسعهدهندگان اجازه دهد در شرایطی تکرارپذیر، آزمون نمایند و از نظر کمی پایداری افزارههای فتوولتائیک را که در معرض این شرایط تنش هستند مقایسه کنند چندین پروتکل درباره شرایط ارزیابی پایداری توسط اجلاس بینالمللی پایداری فتوولتائیک آلی (ISOS) مربوط به انجمن فتوولتائیک آلی ارائه شده است. شرایط آزمون تعیین شده در این استاندارد بر اساس پروتکل اجلاس بینالمللی پایداری فتوولتائیک آلی، انتخاب و اصلاح شرایط به گونهای است که قابل استفاده در طیف وسیعی از افزارههای فتوولتائیک نانو فعال باشد با این حال پیشبینی و تعیین کمیت قابلیت اطمینان واقعی، به طور قابل توجهی به یک آزمودن گستردهتر نیاز دارد و در هدف و دامنه کاربرد این استاندارد نیست.
از اهداف این استاندارد مشخص کردن الزامات استاندارد ارزیابی پایداری (SAS) کلی برای استفاده فتوولتائیک نانو فعال در نظر گرفته شده است اما محدود به محیطهای بیرونی نیست، جهت دادن به توسعهدهندگان و مهندسان توسعه افزارههای فتوولتائیک نانو فعال راهنمای آزمون برای آزمایشگاههای آزمون و امکان مقایسه کمی پایداری بین فناوریهای مختلف نیز از اهداف این استاندارد است. الزامات مندرج در این استاندارد برای استفاده در تأیید نوع افزاره یا گواهینامه در نظر گرفته نشده است. این استاندارد به سادگی مجموعهای از آزمونها را برای ارزیابی پایداری ارائه میدهد و حداقل الزامات گزارش دهی را تعیین مینماید تا انجمن را از طریق فرایند بهبود فناوری با دستیابی به اندازهگیری های قابل مقایسه راهنمایی نماید و اجازه میدهد تا در یک روش مجاز و قابل مقایسه پیشرفت در پایداری افزاره اندازهگیری شود. شرایط آزمون خاصتر برای افزارههای خاص و یا برای کاربردهای خاص باید در آینده به طور جداگانه توسعه یابد.
روش اجرایی کلی برای آزمون پایداری توصیه شده برای اندازه گیری کارایی افزاره قبل و در فواصل معین پس از اعمال فشارهای واضح بر روی افزارههای فتوولتائیک نانو فعال جهت پیگیری تغییرات کارایی به دلیل تنشهای اعمال شده است. لازم نیست تمام آزمونهای توصیه شده یا شرایط تنش در همه مراحل توسعه انجام شود در مراحل اولیه توسعه، باید ابتدا زیر مجموعهای از آزمونها که اجرای آنها به نسبت آسان است به عنوان مثال گرمای خشک، گرمای مرطوب و قرار دادن در معرض نور، انجام شود تا اولین اطلاعات در مورد پایداری کلی سیستم آزمون شده به دست آید. با پیشرفت فناوری خاص و پیشرفت این فناوری، توصیه میشود در صورت لزوم آزمونهای پیچیدهتری نیز اضافه شود. توصیه میشود در مراحل بعدی برای کنترل منظم فرایند و پایش مواد و همچنین برای شناسایی مشکلات، آزمون مجدد در نظر گرفته شود. این آزمونها عوامل تنش معینی را مشخص مینماید که انتظار میرود افزاره هنگام قرار دادن در معرض نور در فضای باز به طور مکرر در برابر این عوامل قرار گیرند در این استاندارد، هر یک از آزمونها برای تعیین بیشترین عوامل تنش آسیبزا و کمک به تحلیل حالت خرابی انتخابی، بر روی مجموعه جدیدی از افزارهها انجام شده است. ممکن است آزمونهای متوالی در شرایط مختلف انجام شود، اما انتظار میرود نتایج تفسیر دشوار باشد برای تضمین تأثیر تنشهای متعدد و متنوع، یک آزمون هوازدگی آزمایشگاهی منطبق و گنجانده شده است.
فتوولتائیک نانو فعال بسیاری از مواد پلیمری مانند پیوند دهندهها برای نانو مواد، زیر لایهها چسبها و مواد بسته بندی را در بر میگیرد که ممکن است یک برهم کنش قوی با لایههای فعال فتوولتائیک افزارههای فتوولتائیک نانو فعال تحت آزمون داشته باشد و بنابراین ممکن است در کل بر پایداری افزاره تأثیر داشته باشد. برای پرداختن به این موضوع، آزمونهای پایداری در این استاندارد با آزمونهایی که در هوازدگی مصنوعی پلیمرها استفاده میشود، ارتباط نزدیک دارند آزمونهای پایداری که در این استاندارد بیان شده است میتواند جزئی از تحلیلهای خرابی جامع به منظور شناسایی دلایل افت کارایی باشد که میتواند نتیجه بسیاری از موضوعات مختلف قرار گیرد روشهای اجرایی شرح داده شده در این استاندارد بر افزارههای فتوولتائیک نانو فعال متمرکز شده است اما محدود به آنها نیست در این استاندارد حداقل تجهیزات و روشهای اجرایی متداول ارائه شده است پایداری، همیشه باید به عنوان یک ویژگی سیستم در نظر گرفته شود با تغییر لایهها یا مواد موجود در سیستم از جمله در بستهبندی، آزمون مجدد لازم خواهد بود تا اطمینان حاصل شود که تاثیری آسیبزا بر پایداری نداشته باشد.
این استاندارد توصیه خاصی درباره مواد و سازههای افزاره که آزمون میشوند ارائه نمیدهد و میتواند برای طیف گستردهای از سیستمها اعمال شود. این استاندارد به عنوان یک سند کلی است که میتواند برای همه افزارههای فتوولتائیک نانو فعال در نظر گرفته شود بر این اساس، قرار نیست به عنوان استاندارد برای مدولهای فتوولتائیک مونتاژ شده استفاده شود. آزمونهای تنش برای ایجاد ثبات روشهای اجرایی آزمون و گزارش اطلاعات قابلیت اطمینان به طور خاص و صریح تعریف شده است.
هدف از تدوین این استاندارد
هدف از تدوین این استاندارد ارائه یک برنامه آزمون پایداری کلی به منظور تأیید پایداری کارایی نانومواد و افزارههای فتوولتائیک نانو فعال (NePV) است این افزارهها از طریق ترکیب با سایر اجزا به عنوان زیر مجموعهای برای ساخت مدولهای فتوولتائیک مورد استفاده قرار میگیرند این برنامه آزمون، شرایط تخریب استاندارد شده روششناسیها و ارزیابی دادهها برای فناوریها را تعریف میکند. نتایج این آزمونها پایداری در شرایط تخریب استاندارد شده را برای ارزیابی کمی پایداری یک فناوری جدید تعیین می کند. روشهای اجرایی تشریح شده در این استاندارد برای فتوولتائیک نانو فعال طراحی شده است، اما میتواند به عنوان یک راهنما برای سایر فناوریهای فتوولتائیک نیز ارائه شود.