紫外（UV）輻照是評估光伏電池長期可靠性的關鍵測試之一。采用美能復合紫外老化試驗箱可精準模擬組件戶外服役環境。隨著隧穿氧化層鈍化接觸（TOPCon）電池成為主流量產技術，其抗UV降解能力直接影響雙面發電效率與組件壽命。已有研究表明，PERC電池在UV輻照下因硅氫鍵（Si-H）斷裂導致鈍化失效，但TOP Con 電池的UV降解研究尚不充分。本文通過對比量產TOPCon電池的測試數據，發現其前/后側均發生明顯降解，且背面敏感性更高。通過優化鈍化層參數（如Al?O?厚度、SiN?折射率），提出緩解UV降解的工藝改進方案。

TOPCon 電池 UV 退化的實驗表征

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TOPCon電池生產工藝流程

樣品制備：采用晶硅電池TOPCon量產工藝，設置三組前側AlOx鈍化層參數：基準組（28 ALD循環）、對照組1（30循環）、對照組2（32循環）。UV測試：依據UV15標準（280–400 nm，總輻照量≥15 kWh/m2），測試前后分別進行電流-電壓（IV）與量子效率（QE）表征。分析方法：對比前/后側效率、開路電壓（VOC）、短路電流（JSC）、填充因子（FF）及串聯電阻（RS）變化，結合QE光譜定位降解波段。

前/后側UV降解對比

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UV測試前后電池效率對比

電性能數據顯示：正面效率從 26.295% 降至 25.994%（退化 0.301%），背面效率從 21.640% 降至 20.861%（退化 0.779%），背面退化程度約為正面的 2.6 倍。

正面量子效率對比

背面量子效率對比

進一步分析 IV 參數發現，背面開路電壓（VOC）降低 6.5 mV、短路電流（JSC）降低 153 mA，均顯著高于正面退化幅度，表明背面鈍化層對 UV 輻射更為敏感。量子效率（QE）測試顯示，正面退化集中在300-500 nm紫外 - 可見光區，而背面在450-1050 nm可見 - 紅外區退化更為顯著，這與短路電流的下降趨勢一致。

AlOx鈍化層優化效果

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不同ALD循環次數電池效率對比

通過調整原子層沉積（ALD）氧化鋁（AlO?）的循環次數（28/30/32 次），研究鈍化層厚度對抗 UV 能力的影響。32 次循環的AlO?層（厚度約 4 nm）可使電池在 UV 測試后的效率保持率升0.13% - 0.16%，其正面效率達 26.131%，超過 28 次循環組（25.994%）和 30 次循環組（26.099%）。這是由于較厚的AlO?層能提供更穩定的氫鈍化環境，減少 UV 誘導的氫溢出。此外，背面 SiN 層的折射率和厚度優化實驗顯示，形成致密 SiN 鈍化層可降低氫鍵斷裂概率，進一步驗證了鈍化層結構對抗 UV 性能的決定性作用。

機制與優化建議

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降解機制：UV光子破壞Si-H鍵，引發前側AlOx/SiN?復合鈍化失效，后側隧道氧化層（SiOx）氫溢出加劇鈍化失效。優化方向：前側：增加ALD循環數并優化氣體流速/溫度，提升AlOx均勻性；調控SiN?沉積溫度以降低應力差異。后側：優化SiN?層厚度與折射率，抑制氫鍵斷裂；加強多晶硅表面致密鈍化層。本研究證實TOPCon電池的UV退化同時發生在正面與背面，且背面更為敏感，其本質是 UV 誘導的 Si-H 鍵破壞導致鈍化失效。通過優化 AlO?和 SiN 鈍化層的厚度、折射率及均勻性，可顯著提升電池的抗 UV 能力 ——32 次 ALD 循環的 AlO?層可使 UV 退化率降低約 20%。這些發現為 TOPCon 電池的可靠性提升提供了明確的技術路徑，對推動光伏組件的長壽命化具有重要意義。

美能復合紫外老化試驗箱

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美能復合紫外老化試驗箱進行加速老化測試，該試驗箱能夠提供280至400nm范圍內的紫外光譜，模擬太陽光中的紫外部分，同時保持150至250W/㎡的輻照強度，以加速老化過程。

• 輻照強度：150-250W/㎡（可定制500-1000W/㎡超級紫外）

• UVB含量：3%-9%

• 光譜范圍：280-400nm

本研究基于美能復合紫外老化試驗箱的精準測試，證實TOPCon電池的UV退化同時發生在正面與背面，且背面更為敏感。為開發高可靠性 TOPCon 電池提供更深入的理論支撐。

原文參考：UV degradation analysis of TOPCon cells

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