隧道氧化層鈍化接觸（TOPCon）太陽(yáng)能電池憑借其高效率和低成本主導(dǎo)了全球光伏市場(chǎng)。TOPCon 太陽(yáng)能電池和組件在紫外（UV）輻射下會(huì)發(fā)生紫外誘導(dǎo)降解（UVID），本研究通過(guò) UV-A（315–400 nm） 和 UV-B（280–315 nm） 暴露實(shí)驗(yàn)，探究紫外對(duì)TOPCon前驅(qū)體和壽命結(jié)構(gòu)的影響，通過(guò)美能復(fù)合紫外老化試驗(yàn)箱可控的紫外光源、溫濕度調(diào)節(jié)等功能，為實(shí)驗(yàn)提供了關(guān)鍵的技術(shù)支持。結(jié)果表明，UV-B 和 UV-A 暴露導(dǎo)致的降解程度相同，但 UV-B 下的降解過(guò)程明顯更快，這意味著UV-B 可用于加速紫外降解測(cè)試。

TOPCon電池制備與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

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(a)對(duì)稱壽命結(jié)構(gòu);(b) TOPCon 前驅(qū)體

樣品制備：使用工業(yè)線制造的n型CZ硅片（182×182 mm2，厚度140±10 μm）制備對(duì)稱壽命結(jié)構(gòu)和TOPCon前驅(qū)體。壽命結(jié)構(gòu)兩側(cè)為硼擴(kuò)散發(fā)射極，鈍化層為5nm AlO?（原子層沉積），覆蓋75 nm PECVD SiN?:H減反射層。TOPCon前驅(qū)體前側(cè)結(jié)構(gòu)相同，背面為~1.5 nm隧穿SiO?、150nm磷摻雜多晶硅層和75nm SiN?:H層。部分樣品經(jīng)過(guò)峰值溫度850°C的燒結(jié)處理。

AM0 和 AM1.5G 標(biāo)準(zhǔn)光譜以及 UV-A 和 UV-B 燈光譜輻照度

紫外輻照與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：使用自主研發(fā)的紫外燈系統(tǒng)，在60°C下進(jìn)行輻照。UV-A燈在315–420 nm范圍內(nèi)的輻照度為102 W/m2，UV-B燈在250–385 nm范圍內(nèi)為114 W/m2。總劑量分別為UV-A 49 kWh/m2、UV-B 61.1 kWh/m2。樣品分為三組：A組：60°C暗退火（DA），作為熱影響的對(duì)照；B組：接受UV-B輻照；C組：接受UV-A輻照。每組包含燒結(jié)與未燒結(jié)樣品，并分別對(duì)前后表面進(jìn)行測(cè)試。

紫外對(duì) TOPCon 前驅(qū)體和壽命結(jié)構(gòu)影響的實(shí)驗(yàn)流程示意圖

表征與模擬：通過(guò)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)光電導(dǎo)（QSS-PC）測(cè)量有效少子壽命和發(fā)射極飽和電流密度（J??），并計(jì)算歸一化缺陷密度（NDD）。采用飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜（ToF-SIMS）分析元素深度分布，并結(jié)合光學(xué)模擬軟件SunSolve分析背面結(jié)構(gòu)對(duì)紫外的吸收特性。

熱穩(wěn)定性與LeTID行為

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(a)A 組樣品在 60 °C 暗退火過(guò)程中的有效壽命變化；(b)有效壽命提取的飽和電流密度隨暗退火時(shí)間的變化

A組樣品在暗退火過(guò)程中，未燒結(jié)樣品有效壽命穩(wěn)定，而燒結(jié)樣品出現(xiàn)先衰減后恢復(fù)的趨勢(shì)，且J??保持不變，說(shuō)明表面鈍化穩(wěn)定，體缺陷主導(dǎo)變化，符合光熱誘導(dǎo)衰減（LeTID）特征。

UV-B輻射實(shí)驗(yàn)

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B組樣品在 60 °C 高溫下隨 UV-B 輻射曝光時(shí)間變化的飽和電流密度：(a) 壽命樣品，(b) 前驅(qū)體樣品（紫外分別照射前側(cè)和后側(cè)）

TOPCon 結(jié)構(gòu)背面的模擬反射率（紅色）以及50 nm、100 nm 和 150 nm多晶硅厚度的吸收率模擬

光學(xué)模擬顯示，多晶硅層對(duì)<370nm紫外光有強(qiáng)吸收反射。150nm多晶硅層可有效保護(hù)隧穿氧化層，

厚度降低至50或100nm時(shí)，UVID風(fēng)險(xiǎn)上升。

UV-A輻射實(shí)驗(yàn)

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60℃高溫下，C 組樣品的飽和電流密度隨 UV-A 暴露時(shí)間的變化:(a)前驅(qū)體:(b)壽命結(jié)構(gòu)

A、B、C 組樣品測(cè)試前后的飽和電流密度

UV-B和UV-A均導(dǎo)致前側(cè)J??上升，表面復(fù)合增加。UV-B衰減速度更快，但最終衰減程度與UV-A相當(dāng)。背面輻照下J??變化微弱，表明多晶硅層具有紫外屏蔽作用。

氫動(dòng)力學(xué)與體缺陷行為

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60℃下的NDD下(a)A組樣品在隨退火時(shí)間的變化;(b)C組樣品UV-A 暴露時(shí)間的變化

歸一化缺陷密度（NDD）分析表明，暗退火下燒結(jié)樣品出現(xiàn)NDD先升后降的LeTID特征，而紫外輻射樣品NDD變化微小，說(shuō)明

紫外抑制了體缺陷形成，但加劇了表面復(fù)合。

ToF-SIMS深度分布:已燒結(jié)前驅(qū)體(a)A2在暗退火前后(b)C3在UV-A 輻射前后

ToF-SIMS顯示紫外輻照后AlO? / p? / Si界面氫濃度升高，表明Si-H鍵斷裂導(dǎo)致氫重新分布。紫外輻照下未出現(xiàn)LeTID，說(shuō)明紫外抑制了體缺陷的形成。

本文系統(tǒng)揭示了TOPCon太陽(yáng)能電池在紫外輻射下的降解行為與機(jī)制。UV-A和UV-B可引起相同類型的表面降解，但UV-B降解速率更快，適用于加速太陽(yáng)能電池紫外誘導(dǎo)衰減UVID測(cè)試。電池前表面表現(xiàn)出對(duì)UVID的顯著敏感性，而背表面因多晶硅層對(duì)紫外光的高吸收作用，顯示出優(yōu)異的抗降解穩(wěn)定性。紫外輻射可破壞Si–H鍵，引發(fā)氫的重新分布，并抑制光熱誘導(dǎo)衰減LeTID的發(fā)生，這些發(fā)現(xiàn)為TOPCon電池的抗紫外設(shè)計(jì)與可靠性提升提供了重要依據(jù)。

美能復(fù)合紫外老化試驗(yàn)箱

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美能復(fù)合紫外老化試驗(yàn)箱進(jìn)行加速老化測(cè)試，該試驗(yàn)箱能夠提供280至400nm范圍內(nèi)的紫外光譜，模擬太陽(yáng)光中的紫外部分，同時(shí)保持150至250W/㎡的輻照強(qiáng)度，以加速老化過(guò)程。

輻照強(qiáng)度：150-250W/㎡（可定制500-1000W/㎡超級(jí)紫外）

UVB含量：3%-9%

光譜范圍：280-400nm

美能復(fù)合紫外老化試驗(yàn)箱通過(guò)可控的紫外光源、溫濕度調(diào)節(jié)等條件，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能電池紫外誘導(dǎo)衰減UVID的加速測(cè)試，為TOPCon電池的可靠性優(yōu)化和雙面組件設(shè)計(jì)提供了重要依據(jù)。

原文參考：UV-induced degradation in TOPCon solar cells: Hydrogen dynamics and impact of UV wavelength

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