德国：无MgF2的AZO基HJT电池湿热下衰减16.38%

德国于利希研究中心（Forschungszentrum Jülich GmbH）的研究显示，以铝掺杂氧化锌（AZO）取代铟锡氧化物（ITO）作为透明导电氧化物（TCO）层的异质结（HJT）太阳能电池，在湿热环境下更容易发生性能衰减。研究团队在AZO表面增设氟化镁（MgF₂）覆盖层后，1000小时湿热老化下的效率衰减被控制在约7%以内。

研究人员介绍，AZO呈多晶结构生长，水分子易沿晶界快速渗透，使材料电学性能下降，导电性和光学透明度随之受损。为厘清这一过程，团队考察了AZO基HJT电池在湿热条件下的光电性能与表面形貌变化，并以ITO基电池作为对照。

实验中，研究人员在双面HJT电池的前后表面分别制备70纳米厚的ITO或AZO层，并在玻璃基底上沉积独立的ITO和AZO薄膜，以单独观察透明导电氧化物材料本身的变化。随后，电池被集成到210毫米×210毫米的单电池迷你组件中，采用两种封装方案：一种是玻璃/玻璃结构，两侧均为3.2毫米玻璃板；另一种是轻量化前板/背板结构，前板为乙烯-四氟乙烯（ETFE）材料，背板为含铝聚烯烃。

两种组件设计均分别采用基于ITO或AZO的SHJ电池制造，每种配置制备两个样品。全部样品按照IEC 61215标准，在85摄氏度和85%相对湿度下进行1000小时加速湿热老化，每200小时记录一次电性能与电致发光（EL）图像，并开展外量子效率与反射率测量。

结果显示，1000小时湿热暴露后，未作额外覆盖的AZO基HJT电池效率相对下降16.38%，其中填充因子相对降低9.84%，与串联电阻（Rs）的升高密切相关。同期，ITO基电池的效率损失仅为相对2.80%，明显更稳定。

电致发光（EL）成像显示，AZO基轻量化组件中出现了明显缺陷，主要归因于湿气渗透和AZO层腐蚀；AZO玻璃/玻璃组件和ITO基器件中则未见同等缺陷。这表明玻璃/玻璃封装提供了更强的防潮保护，而ITO材料本身具有更好的耐湿性。

化学分析发现，AZO在湿热暴露后羟基相关物种增多，支持了湿气诱导化学改性的判断。扫描电子显微镜（SEM）图像进一步显示，老化后的AZO表面出现腐蚀沟槽，ITO则保持均匀致密的结构。

针对这一耐湿短板，研究人员在AZO基电池前表面沉积了一层110纳米厚的氟化镁（MgF₂）覆盖层。加装该覆盖层后，电池在1000小时后的效率衰减保持在约7%以内，电致发光缺陷较未覆盖的AZO电池大幅减少。研究团队指出，MgF₂可以延缓湿气渗透和腐蚀，但无法形成完全的防潮屏障，AZO基电池的稳定性仍不及ITO参照组。

相关成果以“Unveiling the damp-heat-induced degradation mechanism of AZO-incorporated silicon heterojunction solar cells and modules”为题，发表在期刊《Solar Energy Materials and Solar Cells》上。论文称，该研究揭示了AZO基硅异质结太阳能电池和组件在湿热条件下的衰减机理，并提出了提升其耐久性和性能的实用策略。