中国研究人员证实，氧化锌（ZnO）薄膜可作为异质结太阳能电池的“防晒霜”，在维持高可见光透过率的同时有效抑制紫外线诱导衰减。实验表明，采用ZnO防护的组件在长期运行中预计可实现更低的平准化度电成本（LCOE），且全生命周期累计发电量较传统组件显著提升4.8%。
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中国石油大学（西南）的研究人员测试了氧化锌（ZnO）薄膜对硅异质结（HJT）太阳能电池紫外线诱导衰减（UV-ID）的防护效果，发现其可使累计发电量提升4.8%。
“目前缓解紫外线诱导衰减的方法大致可分为两类。在材料层面，主要使用封装材料实现紫外线截止或转换，从而阻挡或转化入射的高能紫外光子。在器件层面，则通过结构优化来增强抗紫外线能力，但其进一步提升的潜力相对有限，”该研究的通讯作者于建（Jian Yu）向pv magazine表示。
“我们提出了一种基于宽带隙金属氧化物的防护策略，以氧化锌为例。通过高效吸收和阻挡高能紫外光子，在电池表面形成类似‘防晒霜’的物理防护屏障，从材料角度有效抑制紫外线诱导衰减，”他进一步表示，“尽管氧化锌薄膜可能会暂时影响电池的电学性能，但从光伏组件全生命周期的长期可靠性进行综合评估，其带来的抗紫外线增益和使用寿命延长能够实现更优的整体成本效益。”
研究人员解释说，氧化锌因其宽带隙特性，成为太阳能电池极具潜力的紫外线屏蔽材料。它能吸收300–400 nm波段的紫外光子，与晶体硅的光谱响应形成互补。这种互补吸收可减少短波长光子损失，同时提升硅基器件的理论光伏潜力。
科学家们研究了两种防护策略：在预金属化HJT电池的透明导电氧化物（TCO）表面直接沉积氧化锌，以及在成品组件的前板玻璃上沉积。氧化锌薄膜采用直流磁控溅射法制备，其光学特性通过沉积功率、气压、氧气流量和基底温度进行调控。
研究发现，该薄膜在紫外区的透过率仅为16%–18%，同时保持平均可见光透过率在90%以上。它们在不显著影响可见光传输的情况下有效充当紫外线截止层，在光子到达底层HJT结构前吸收高能紫外光子，从而减少紫外线造成的损伤。
研究小组还确认，在电池上直接沉积氧化锌后，经过60 kWh/m²的紫外线辐射，少数载流子寿命衰减从54.9%降至32.6%。尽管氧化锌因可见光谱的寄生吸收最初导致轻微性能损失，但显著缓解了长期的紫外线诱导衰减。在相同紫外线剂量下，功率转换效率衰减被限制在3.49%，而未涂覆电池的衰减为5.74%。
涂覆氧化锌的玻璃被发现提供更强的防护，全覆盖在40 kWh/m²紫外线暴露后将载流子寿命衰减限制在24.9%。在60 kWh/m²暴露后，覆盖氧化锌的电池短路电流和效率衰减仅为1.23%和2.31%，而无氧化锌电池的衰减分别为2.75%和4.72%。
组件级测试进一步表明，经过60 kWh/m²紫外线暴露后，涂覆氧化锌的玻璃将效率衰减从4.99%降至4.12%。在预计的25年运行期内，受氧化锌保护的组件预计可实现0.0262美元/kWh的更低平准化度电成本（LCOE），且累计发电量比传统组件高出4.8%。
“我们认为，以氧化锌为代表的宽带隙材料不仅限于HJT电池；通过掺杂调控、界面工程和薄膜沉积工艺优化，它们可进一步扩展至TOPCon、钙钛矿及钙钛矿-硅叠层电池，作为高效的紫外线吸收层和界面稳定层，具有广泛的应用潜力，”于建表示，“随着高效光伏器件对长期耐候性要求日益严格，我们相信宽带隙金属氧化物凭借其优异的光学特性和界面兼容性，将在所有主流太阳能电池系统中展现出广阔的应用前景。”
该研究成果已发表于《Current Applied Physics》期刊，论文题为《Suppressing UV-induced degradation of silicon solar cells and modules by UV-cutoff zinc oxide films》。
资讯来源
- PV Magazine (2026-08-10)
- 原文链接： Zinc oxide UV shield cuts heterojunction solar cell degradation and boosts lifetime output by 4.8%