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(kāi)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(kāi)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。”——Shehroz 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。”
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。”
(來(lái)源:東方日升新能源)