新研究表明不可见光导致TOPCon电池因紫外线而退化

澳大利亚新南威尔士大学（UNSW）的科学家基于TOPCon设计研究了紫外线诱导降解（UVID）对太阳能电池的影响。

他们的分析尤其关注氢元素在紫外线范围内的作用以及波长依赖性，他们认为这方面的问题尚不明确。该研究的主要作者Bram Hoex称：“由于使用了透紫外封装材料，UVID问题日益令人担忧。这虽然提高了组件效率，但也会使太阳能电池在运行过程中暴露在紫外线辐射下。”

研究人员解释说，尽管目前科学界尚未就UVID的成因达成共识，但主要的假设是，它是由能量高于3.4 eV的光子引起的，这些光子会破坏硅(Si)和氢(H)之间的键，从而形成有利于复合的悬挂键。这些悬挂键反过来又会造成复合损耗，主要影响电池的开路电压。

这项研究的创新之处在于，科学家首次考虑了整个紫外线辐射光谱，其中包括波长在315-400纳米之间、更接近可见光的UV-A辐射，以及波长在290-320纳米之间的高能量、不可见的太阳辐射UV-B辐射。

Hoex解释说：“我们在实验室条件下使用UV-B对TOPCon电池进行加速测试，从而能够更快地进行可靠性评估，而不会引入新的故障模式。”他指出，UV-B通常不被视为主要问题，因为光伏行业市售的封装材料可以有效阻挡UV-B辐射，因此人们认为TOPCon组件会受到这种潜在退化机制的保护。

然而，对更高效产品的竞相追求，正迫使制造商使用紫外线透射率更高的封装材料，这增加了风险。“UV-B会显著降低TOPCon电池正面的钝化性能，导致表面复合增加，”Hoex进一步解释说。“它会加速TOPCon太阳能电池中的UVID效应，产生与UV-A相同的衰减效应，但速度要快得多。”

为了进行分析，研究人员使用了市售的双面TOPCon电池，该电池基于尺寸为182毫米×182毫米、厚度为140微米的n型直拉(Cz)硅晶片。该器件的两面均采用硼扩散发射极，并通过原子层沉积(ALD)技术沉积的5nm氧化铝(AlO x )多层堆叠层和氮化硅(SiN x )减反射涂层进行钝化。

研究人员还使用了60摄氏度的UV-A和UV-B灯系统进行测试，UV-B辐射总剂量为61.1 kWh/m2，UV-A辐射总剂量为49 kWh/m2。他们特别分析了SiNx层释放氢气前后电池的行为。

“我们发现，衰减主要发生在TOPCon前表面，由Si-H键断裂和氢原子重新分布驱动，从而增加了表面复合。由于掺杂的多晶硅层吸收了370纳米以下的光子，后表面表现出强大的抗紫外线性能，”Hoex说道，并指出在紫外线照射下没有观察到光和高温诱导衰减（LeTID）。“紫外线会改变氢原子的动力学，从而抑制这种缺陷。”

数据显示，紫外线辐射会破坏AlOx/(p+)Si界面上的Si-H键，从而导致氢离子增加。“然而，这种相互作用的确切机制以及氢分布改变的长期影响仍需进一步研究，”科学家强调。

他们的研究成果发表在最近发表在《Solar Energy Materials and Solar Cells》上的研究报告《UV-induced degradation in TOPCon solar cells: Hydrogen dynamics and impact of UV wavelength》中。