硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池對紫外線(UV)敏感。二次離子質(zhì)譜(SIMS)分析表明，365nm 紫外線會解離 Si-H 鍵，導致氫原子從 a-Si:H/c-Si 界面遷移并形成亞穩(wěn)態(tài)缺陷。東方日升全球光伏研究院聯(lián)合東南大學，針對n型異質(zhì)結(jié)電池和組件的紫外穩(wěn)定性進行了深度機理性的研究，開發(fā)了低紫外損傷連續(xù)PECVD 工藝，通過優(yōu)化i1鈍化層氫含量達33%( a-Si0x:H)i2鈍化層氫含量達25%(a-Si:H)，使載流子壽命提升至3.6ms，紫外誘導衰減(UVID)從1.59%降至 0.71%。
近日，相關研發(fā)成果以《Enhancing UV light stability in commercial silicon HJT solar cells and modules》發(fā)表于能源領域頂級期刊《Solar Energy》(圖1)，首次系統(tǒng)性揭示了異質(zhì)結(jié)(HJT)技術紫外線衰減(UVID)的原子級機理，并創(chuàng)新性提出解決方案。這標志著中國光伏企業(yè)在核心技術創(chuàng)新上再次實現(xiàn)全球引領。
圖1 Enhancing UV light stability in commercial silicon HJT solar cells and modules
01直擊行業(yè)痛點：
破解HJT紫外衰減的“黑匣子”
長期以來，紫外線對n型高效電池的侵蝕如同“隱形殺手”——365nm波長的紫外光子會精準破壞硅氫鍵(Si-H)，導致界面鈍化失效。作為鈍化效果最好，效率更優(yōu)的異質(zhì)結(jié)電池，也不例外。在這次的研究中，團隊通過二次離子質(zhì)譜(SIMS) 首次捕捉到氫原子遷移軌跡(圖2)。
圖2 氫原子遷移
氫原子從a-Si:H/c-Si界面逃逸至表面，造成鈍化層空洞化，Voc與FF顯著衰減。這一發(fā)現(xiàn)顛覆了行業(yè)對紫外衰減的模糊認知，為根治技術難題奠定基礎。
02、技術破局：
從材料基因到工藝革命
創(chuàng)新1：全球首創(chuàng)“低紫外損傷連續(xù)PECVD沉積”工藝
團隊開發(fā)低紫外損傷連續(xù)PECVD沉積技術(專利號已申請)，在界面層植入“氫原子防護網(wǎng)”：
● 首創(chuàng)梯度氫含量設計：i?層(a-SiO?:H)氫含量33% → i?層(a-Si:H)25%
● 載流子壽命提升至3.6ms(行業(yè)均值<2.5ms)，UVID衰減率降低55%(從1.59%→0.71%)(圖3)
圖3 各參數(shù)電性能變化
創(chuàng)新2：溫度與紫外衰減的顛覆性發(fā)現(xiàn)
研究首次建立了紫外強度-暴露時間-溫度的關聯(lián)模型：如圖4所示。從實驗數(shù)據(jù)證明：
1. 延長紫外暴露時間與增強紫外強度將加劇UVID;
2. 高溫環(huán)境(≥110℃)可完全抑制UVID(即使100%紫外功率);
3. 60倍光強光注入處理(60 suns)可修復短期紫外損傷(6-20 kWh/m²)。
圖4 三因素關聯(lián)模型
03、持續(xù)引領：
從實驗室到全球電站的承諾
“這項研究不僅發(fā)表于頂級期刊，更已導入東方日升Hyper-ion伏曦Pro異質(zhì)結(jié)電池和組件產(chǎn)線。”——Shehroz Razzaq博士(論文第一作者)指出，“我們通過材料基因優(yōu)化-電池工藝創(chuàng)新-紫外截止封裝系統(tǒng)的三重技術閉環(huán)，有效地改善了HJT電池和組件的UVID性能。”
東方日升一直致力于異質(zhì)結(jié)技術的持續(xù)研發(fā)和優(yōu)化，近三年來，東方日升全球光伏研究院在HJT領域發(fā)表核心期刊論文7篇，專利授權(quán)330余項，實驗室效率26.5% → 量產(chǎn)效率26.2%(2024Q1數(shù)據(jù))，目前HJT電池最佳批次平均效率 26.4%，冠軍電池效率 26.61%。積極參與標準化工作，主參編各類標準共計36項，具體包括：國家標準8項(主編1項，參編7項)、行業(yè)標準7項、團體標準21項，并于近期著手申請《Rapid stabilization treatment method for metastable PV modules 》IEC國際標準立項。
“在東方日升，我們始終聚焦能源技術的本質(zhì)價值——通過原子級界面鈍化和氫鍵行為優(yōu)化，讓每一縷陽光都轉(zhuǎn)化為經(jīng)得起時間考驗的綠色能量。” 東方日升全球光伏研究院院長楊伯川博士強調(diào)說，“這不僅是效率和可靠性的提升，更是對新能源可持續(xù)性的根本承諾。”
（來源：東方日升新能源）
