美国能源部国家可再生能源实验室（NREL）的研究人员近期对TOPCon太阳能电池中紫外线诱导的降解水平进行了量化分析。研究发现，高紫外线诱导降解（UVID）的电池表现出注入依赖的有效载流子寿命和显著的内部变异性，这暗示生产过程中可能存在不一致性。

该研究的主要作者Dana Kern向pv杂志表示：“紫外线暴露导致的降解问题值得特别关注，一方面因为它引发了TOPCon电池中可恢复与不可恢复损失的有趣现象，另一方面在于现有资格测试中紫外线曝光严重不足。这意味着，通过其他典型加速测试的光伏产品，其紫外线敏感性可能未被充分检测。这一观点已在学界获得广泛认同，推动了全球范围内对光伏电池和组件紫外线老化测试标准化的努力。”

Kern进一步解释，紫外线老化测试应综合考虑UVID机制及相关亚稳定性，以便在加速测试环境中准确表征前恢复与暗存储相关的功率损失。她强调：“只应评估与现场运行相关的损失，暗存储损失在阳光照射下会快速恢复，这限制了此类亚稳定性对户外组件性能的实际影响。如果在紫外线老化后将组件置于黑暗环境，或在户外老化后受UVID影响的组件在黑暗中等待测试，可能会过度估计降解的严重程度。”

在发表于《光伏进展》的论文中，研究团队通过探究亚稳定性，深入了解了TOPCon组件对紫外线诱导降解敏感性的化学机制。Kern指出：“我们在组件层面采用了非破坏性方法。通过原位电致发光成像技术，我们监测了组件在暗存储中长达500小时的降解过程，随后使用紫外线LED照射，观察到组件在几秒至几分钟内迅速恢复。值得注意的是，同一模块内不同电池的暗存储降解严重程度存在广泛分布，但所有电池均表现出相似的时间依赖响应。”

通过拟合每个电池的电致发光动力学数据，研究小组发现，缓慢的暗存储降解与光照下的快速恢复与氧化铝中电荷捕获的亚稳定性相一致。Kern补充道：“假设钝化质量和载流子寿命主要由氧化铝场效应主导，我们可以将电致发光强度直接关联到氧化铝固定电荷密度。基于此，我们提出暗环境中的电荷去捕获会削弱氧化铝场效应钝化的效果，而光诱导的电荷捕获则有助于维持负电荷密度，提升场效应钝化质量，从而在光照下增强载流子寿命。”

在观察到UVID程度和亚稳定性在同一模块内电池间的变化后，研究人员进一步探讨了紫外线敏感性在电池内部的不均匀性。通过强度依赖的光致发光和电致发光成像分析，结果显示暗存储损失更严重的电池在陷阱辅助复合方面表现出更高严重性和更明显的不均匀性。Kern表示：“这种注入水平依赖的变异性指向钝化或界面质量的不均匀性，我们计划对此进行更深入的研究。”

研究人员总结，一年等效紫外线剂量后2.3%至3.2%的不可恢复UVID代表显著降解，可能超出典型组件保修范围。他们补充，虽然可恢复的暗存储亚稳定性可能与现场运行关联有限，但它为降解机制提供了重要见解，并可能在与不可恢复UVID成比例时，有助于样本区分和性能评估。