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不可见的“效率杀手”：UV-B光如何加速TOPCon电池衰退

2025-08-15 11:53:15 来源：SMM

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简介：澳大利亚新南威尔士大学（UNSW）最新研究首次证实，占太阳光谱比例不足1%的UV-B波段，对TOPCon太阳能电池的紫外诱导衰退（UVID）起主导作用，其衰退速率可达UV-A的2–3倍，并直接拉低开路电压与组件功率。这一发现为TOPCon技术的户外可靠性评估、封装材料革新和系统设计提供了关键科学依据。

TOPCon（Tunnel Oxide Passivated Contact）电池凭借>25%的量产效率、低衰减和兼容PERC产线的优势，被公认为下一代主流技术。然而，户外实证数据显示，部分TOPCon组件在运行1–2年后出现>3%的功率损失，远高于理论预期。UNSW团队发现，真正触发这一损失的并非可见光或红外，而是传统监测中被忽视的短波紫外UV-B（280–315 nm）。

太阳光谱中UV-B能量仅占约0.5%，但其单个光子能量比UV-A高30%，足以打断Si–H键并生成深能级缺陷。实验将TOPCon电池分别暴露于UV-A与UV-B（1000 W m⁻²等效剂量）下500小时，结果UV-B组开路电压下降18 mV，对应效率绝对值损失1.8%，而UV-A组仅下降7 mV。衰减曲线表明，UV-B衰退速率约为UV-A的2.6倍，且缺陷密度随UV-B剂量呈超线性增长。

透射电镜与DLTS测试揭示，UV-B在TOPCon超薄氧化层与poly-Si界面处产生E’中心与Pb0缺陷，导致界面复合速度由<10 cm s⁻¹激增至>200 cm s⁻¹；同时金属化区域出现Ag迁移，形成微空洞，串联电阻上升0.3 Ω·cm²。该协同效应解释了户外组件出现热点、功率离散度增大的现象。

封装升级：在EVA/POE胶膜中添加0.3 wt% CeO₂纳米颗粒，可将UV-B透过率降低70%，同时保持透光率>91%。

电池结构：在TOPCon背面引入AlOx/SiNx叠层紫外反射层，实验显示UVID衰减速率下降45%。

系统级防护：通过倾角优化与散射膜应用，减少UV-B全年累积剂量约28%。

目前IEC 61215仅要求280–400 nm整体紫外预处理，未区分UV-A/B。UNSW建议新增UV-B独立测试序列（1 kWh m⁻², 280–315 nm），并将TOPCon组件质保条款中的首年功率衰减阈值从2%收紧至1.5%，以匹配真实户外应力。

UNSW的研究首次将UV-B光锁定为TOPCon电池UVID的主要推手，其高能量光子可在短时间内破坏界面钝化并诱发金属化退化。面对这一挑战，产业链需从封装材料、电池结构到系统布局同步升级，并推动测试标准细化。只有挡住这只“不可见的效率杀手”，TOPCon技术才能在全生命周期内兑现其效率与可靠性承诺，继续领跑全球光伏市场。