一、研究背景
光伏组件的轻量化需求：随着可再生能源需求的增长，轻量化光伏组件的应用越来越重要，尤其是在建筑集成光伏（BIPV）和车载光伏（VIPV）等新兴领域。轻量化光伏组件可大幅降低传统玻璃组件的重量，使其能够安装在低承重的屋顶上，开辟了新的应用场景。
硅异质结太阳能电池（SHJ）的优势与挑战：
SHJ电池因其卓越的表面钝化和高转换效率被认为是最先进的光伏技术之一。然而，轻量化SHJ电池的稳定性和可靠性仍是一个亟待解决的问题，特别是在湿热环境下的耐久性。
SHJ组件中使用的透明导电氧化物（TCO）层，如ITO和AZO，是关键材料，但它们在湿热条件下容易发生降解，从而影响电池的性能。
湿热环境下的降解问题：湿热环境（85°C和85%相对湿度）会加剧水分渗透和腐蚀，导致TCO层的电导率下降，进而影响组件的填充因子（FF）和开路电压（Voc），最终导致转换效率下降。
二、研究思路
组件与材料设计：文章研究了不同透明导电氧化物（TCO）层（ITO、AZO、ITO/AZO/ITO）对轻量化硅异质结（SHJ）组件在湿热环境下稳定性的影响。研究中使用了基于这三种TCO层的SHJ电池，并进行了1000小时的湿热加速老化测试。
实验方法：
湿热加速老化测试：在85°C和85%相对湿度下进行，测试了不同TCO层的SHJ组件。
组件结构与封装：采用了ETFE作为前盖材料，TPO作为前后封装材料，并比较了不同封装材料对组件性能的影响。
测试与表征：
使用I-V特性测试、外量子效率（EQE）测试、电致发光（EL）成像、扫描电镜（SEM）和光致发光（PL）等手段，定期评估组件的电学性能和结构变化。
三、结果与讨论
不同TCO层组件的电学特性：
电池到组件的效率损失：从电池到组件的效率损失约为2%。这主要归因于FF和Jsc的损失，FF损失主要是由于串联电阻（Rs）增加，而Jsc的损失则与前表面反射和封装材料的光吸收有关。
EQE测试结果：ITO组件的EQE略高于AZO和ITO/AZO/ITO组件。AZO组件的EQE稍低，原因是AZO层的光吸收较高。
湿热引起的降解行为：
AZO组件的退化：AZO组件的效率在1000小时湿热测试后下降了58.57%，主要是FF下降（44.24%）和Jsc下降（23.47%）。FF的下降主要由Rs的剧烈增加引起，这与湿热条件下AZO层的电导率下降相关。水分渗透和AZO层的剥离加剧了这一退化过程。
ITO/AZO/ITO组件的表现：相比纯AZO组件，ITO/AZO/ITO组件的FF损失较小，表明ITO层作为保护层有效减少了湿气的渗透，改善了湿热稳定性。
EL成像分析：AZO组件在湿热条件下出现了明显的圆形暗区，指示出由于湿气渗透导致的钝化损伤和载流子复合增加，Voc下降。
退化机制分析：
AZO层的退化：主要由于湿气渗透导致AZO层的电导率下降，进而增加Rs并导致FF和Jsc的下降。湿气还可能通过AZO层渗透到a-Si:H钝化层，导致钝化损伤并增加载流子复合，进而降低Voc。
ITO层的保护作用：在ITO/AZO/ITO组件中，ITO层有效减缓了湿气的渗透，从而显著减小了效率损失。
四、研究结论
AZO层的湿热稳定性较差：研究表明，AZO层在湿热环境下容易发生降解，导致效率大幅下降。特别是AZO层与连接箔之间的粘附性较差，加剧了湿气渗透，导致电导率下降和性能下降。
ITO作为保护层的有效性：对于AZO组件，采用ITO/AZO/ITO结构能有效减缓湿气渗透，显著提高组件的湿热稳定性。ITO层在保护AZO层方面发挥了关键作用，减少了湿热引起的性能下降。
组件设计和封装材料的重要性：研究强调了在设计轻量化组件时，需要充分考虑TCO层的湿热稳定性，并选择合适的封装材料以提高组件的长期稳定性。TPO封装材料表现出较好的湿热稳定性，而EPE封装则不如TPO稳定。
未来发展方向：未来可以进一步研究其他可能的保护层，以提高AZO基SHJ组件在湿热环境下的稳定性，并探讨如何增强TCO层与封装材料之间的粘附性，以提高组件的长期可靠性。
五、图文解析
图1：不同TCO层的SHJ太阳能电池横截面示意图
内容：图1展示了三种不同配置的硅基异质结（SHJ）太阳能电池结构，分别使用了不同的透明导电氧化物（TCO）层：(a) 前后使用ITO（铟锡氧化物）；
(b) 前后使用AZO（铝掺锌氧化物）；
(c) 前电极采用ITO（10nm）/AZO（50nm）/ITO（10nm），后电极为AZO。
解析：该图展示了不同TCO材料在SHJ太阳能电池中的应用。ITO和AZO在性能上有所不同，ITO稳定但成本较高，AZO成本低，但在潮湿高温条件下容易退化。ITO/AZO/ITO组合旨在将两者的优点结合，ITO层覆盖AZO层以减轻其退化。
图2：SHJ太阳能模块横截面示意图
内容：图2展示了SHJ太阳能模块的层级结构，包括：轻量化ETFE（乙烯四氟乙烯共聚物）前盖材料；
TPO（热塑性聚烯烃）封装材料；
中间的SHJ电池，全部进行封装以防潮气侵入。
解析：该图帮助理解SHJ太阳能模块的结构设计，特别是使用ETFE作为前盖材料的设计，这有助于提高光透过率并减少反射损失。该轻量化设计对于建筑集成光伏（BIPV）和车载光伏（VIPV）应用具有重要意义。
图3：电气性能的CTM分析
内容：图3展示了从电池到组件的一些关键电气参数变化，包括：(a) 转换效率（η）
(b) 填充因子（FF）
(c) 开路电压（Voc）
(d) 短路电流密度（Jsc）
解析：该图展示了从单个电池到封装模块过程中效率损失的情况。数据表明，组件在效率上的损失大约为2%，主要是由于填充因子（FF）和短路电流密度（Jsc）的下降。这些损失主要归因于串联电阻（Rs）的增加以及前盖和封装材料的光吸收。
图4：不同TCO层的外量子效率（EQE）与反射率
内容：图4比较了使用不同TCO配置（ITO、AZO、ITO/AZO/ITO）制备的SHJ模块的外量子效率（EQE）和反射率数据。实心符号代表EQE，空心符号代表反射率。
解析：该图展示了不同TCO层对SHJ太阳能电池性能的影响。ITO模块的EQE略高于AZO模块，归因于更好的光吸收和较低的反射率。AZO模块的EQE稍低，主要是由于AZO层的光吸收较强，且在潮湿高温条件下更容易退化。
图5：潮湿热处理后的电气性能退化
内容：图5展示了在潮湿热（DH）条件下，关键电气参数（效率、填充因子、开路电压、短路电流和串联电阻）随时间变化的情况，所有数据均相对于初始值进行归一化。
解析：图表明，在1000小时的潮湿热测试中，AZO模块表现出显著的性能退化，效率下降58.57%，主要由于填充因子（FF）的下降和串联电阻（Rs）的增加。ITO/AZO/ITO模块表现出较小的退化，说明ITO层在保护AZO层方面发挥了关键作用。
图6：电致发光（EL）和光致发光（PL）图像
内容：图6展示了不同TCO层（ITO、AZO、ITO/AZO/ITO）模块在潮湿热处理前后的电致发光（EL）和光致发光（PL）图像。
解析：图中的EL图像揭示了AZO模块在潮湿热处理后明显的暗区，表明由于钝化损伤和载流子复合的增加，导致了开路电压（Voc）的下降。ITO/AZO/ITO模块表现出较少的退化，尤其在中心区域，这表明ITO层在减少潮气渗透、保护钝化层方面起到了重要作用。PL图像证实了AZO模块的钝化损伤，导致Voc和Jsc的下降。
图7：潮湿热处理前后AZO薄膜的表面形貌变化（SEM）
内容：图7展示了AZO薄膜在经过潮湿热处理前后的扫描电子显微镜（SEM）图像。
解析：图中显示了AZO薄膜的表面变化，潮湿热处理后薄膜表面变得更加多孔，表明水分通过AZO层渗透并导致其降解。相比之下，ITO薄膜在相同条件下表现出较好的稳定性。
图8：1000小时潮湿热处理后不同TCO薄膜的EQE和反射率
内容：图8展示了经过1000小时潮湿热处理后，使用不同TCO薄膜（ITO、AZO、ITO/AZO/ITO）制备的SHJ模块的EQE和反射率数据，分别测量了组件的中心和边缘区域。
解析：图表明，AZO层在潮湿热处理后表现出明显的退化，尤其是组件中心区域的EQE显著下降。相比之下，ITO/AZO/ITO模块的稳定性较好，特别是在模块中心区域，说明ITO层在防止潮气渗透、提高模块稳定性方面起到了关键作用。
