硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池對(duì)紫外線(UV)敏感。二次離子質(zhì)譜(SIMS)分析表明，365nm 紫外線會(huì)解離 Si-H 鍵，導(dǎo)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(xué)，針對(duì)n型異質(zhì)結(jié)電池和組件的紫外穩(wěn)定性進(jìn)行了深度機(jī)理性的研究，開發(fā)了低紫外損傷連續(xù)PECVD 工藝，通過(guò)優(yōu)化i1鈍化層氫含量達(dá)33%( a-Si0x:H)i2鈍化層氫含量達(dá)25%(a-Si:H)，使載流子壽命提升至3.6ms，紫外誘導(dǎo)衰減(UVID)從1.59%降至 0.71%。

近日，相關(guān)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(lǐng)域頂級(jí)期刊《Solar Energy》（圖1），首次系統(tǒng)性揭示了異質(zhì)結(jié)(HJT)技術(shù)紫外線衰減(UVID)的原子級(jí)機(jī)理，并創(chuàng)新性提出解決方案。這標(biāo)志著中國(guó)光伏企業(yè)在核心技術(shù)創(chuàng)新上再次實(shí)現(xiàn)全球引領(lǐng)。

圖1 Enhancing UV light stability in commercial silicon HJT solar cells and modules

01 直擊行業(yè)痛點(diǎn)：

破解HJT紫外衰減的“黑匣子”

長(zhǎng)期以來(lái)，紫外線對(duì)n型高效電池的侵蝕如同“隱形殺手”——365nm波長(zhǎng)的紫外光子會(huì)精準(zhǔn)破壞硅氫鍵（Si-H），導(dǎo)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(tuán)隊(duì)通過(guò)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(duì)紫外衰減的模糊認(rèn)知，為根治技術(shù)難題奠定基礎(chǔ)。

02 技術(shù)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(tuán)隊(duì)開發(fā)低紫外損傷連續(xù)PECVD沉積技術(shù)（專利號(hào)已申請(qǐng)），在界面層植入“氫原子防護(hù)網(wǎng)”：

● 首創(chuàng)梯度氫含量設(shè)計(jì)：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(qiáng)度-暴露時(shí)間-溫度的關(guān)聯(lián)模型：如圖4所示。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明：

1. 延長(zhǎng)紫外暴露時(shí)間與增強(qiáng)紫外強(qiáng)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(qiáng)光注入處理（60 suns）可修復(fù)短期紫外損傷（6-20 kWh/m2）。

圖4 三因素關(guān)聯(lián)模型

03 持續(xù)引領(lǐng)：

從實(shí)驗(yàn)室到全球電站的承諾

“這項(xiàng)研究不僅發(fā)表于頂級(jí)期刊，更已導(dǎo)入東方日升Hyper-ion伏曦Pro異質(zhì)結(jié)電池和組件產(chǎn)線?！薄猄hehroz Razzaq博士（論文第一作者）指出，“我們通過(guò)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(shù)閉環(huán)，有效地改善了HJT電池和組件的UVID性能?！?/p>

東方日升一直致力于異質(zhì)結(jié)技術(shù)的持續(xù)研發(fā)和優(yōu)化，近三年來(lái)，東方日升全球光伏研究院在HJT領(lǐng)域發(fā)表核心期刊論文7篇，專利授權(quán)330余項(xiàng)，實(shí)驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)化工作，主參編各類標(biāo)準(zhǔn)共計(jì)36項(xiàng)，具體包括：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)8項(xiàng)（主編1項(xiàng)，參編7項(xiàng)）、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)7項(xiàng)、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)21項(xiàng)，并于近期著手申請(qǐng)《Rapid stabilization treatment method for metastable PV modules 》IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)。

“在東方日升，我們始終聚焦能源技術(shù)的本質(zhì)價(jià)值——通過(guò)原子級(jí)界面鈍化和氫鍵行為優(yōu)化，讓每一縷陽(yáng)光都轉(zhuǎn)化為經(jīng)得起時(shí)間考驗(yàn)的綠色能量?！?東方日升全球光伏研究院院長(zhǎng)楊伯川博士強(qiáng)調(diào)說(shuō)，“這不僅是效率和可靠性的提升，更是對(duì)新能源可持續(xù)性的根本承諾?！?/p>