澳洲的研究人員開發了一種新的激光技術，能夠實時觀察紫外線（UV）輻射如何損害矽太陽能電池，以及它們在陽光下如何自我修復。這項由新南威爾斯大學（UNSW）的科學家創造的監測方法，能夠追踪高效矽太陽能電池在UV輻射下的化學變化。該項目由新南威爾斯大學的教授兼主要作者的肖晶浩（Xiaojing Hao）博士領導，可能會改變太陽能電池的測試、設計和長期戶外使用的認證方式。這種新方法可以直接在生產線上使用，迅速檢查太陽能電池抵抗UV損害的能力，這對未來的製造質量控制非常有用。
矽太陽能電池在光伏市場中占主導地位，但它們特別容易受到紫外線引起的降解（UVED）影響。長時間的UV暴露會顯著降低其效率。有研究報告指出，經加速測試後，矽太陽能電池在相當於2,000小時的UV輻射暴露後，性能下降可達10%。儘管它們在正常運行中可以部分恢復，但這一效果僅在電輸出中觀察到。為了解決這一挑戰，肖博士及其團隊設計了一種非破壞性的追踪方法，能夠在微觀層面上監測工作中太陽能電池內部的化學變化。
該研究團隊使用了一種稱為紫外線拉曼光譜（ultraviolet Raman spectroscopy）的技術。這是一種通過激光照射材料並分析光散射來識別材料及其分子振動的方法。這項技術就像相機一樣，專題作者之一的劉子恒（Ziheng Liu）博士表示。我們不僅僅測量電池產生了多少電力，而是能夠直接看到材料本身在實時中的變化。
使用這種新方法，研究人員直接觀察到UV輻射如何改變高效矽太陽能電池表面附近的氫、矽和硼原子之間的化學鍵結。科學家們發現，這些變化削弱了表面鈍化層，降低了電池將陽光轉換為電力的能力。一旦電池再次暴露於可見光下，化學結構便會恢復到原來的狀態。新南威爾斯大學的副教授劉昂（Ang Liu）博士透露，氫原子重新遷移回表面，斷裂的鍵結得以修復，材料也隨之恢復。他表示，這證實了恢復不僅僅是一種電氣效應，材料本身在原子層面上實際上正在修復。
根據該團隊的說法，這些發現對太陽能電池的測試和認證方式具有重大影響。加速老化測試會將太陽能電池暴露於強烈的UV輻射下，以模擬多年戶外使用。然而，可逆的降解可能會導致虛高的損失和不切實際的損害。通過區分臨時和不可逆的材料變化，這一新的監測方法為改善測試提供了良好的基礎。劉博士在新聞稿中指出，這一區分對於準確的壽命預測至關重要。
基於拉曼的這一方法能夠在幾秒鐘內檢測UV敏感性，同時保持太陽能電池的完整性。它可以用來篩選新的材料、加工條件或設計變更，這些都可以在太陽能電池製成完整太陽能板之前進行。此外，它還可以適應在線質量控制。肖博士總結道，這項工作讓我們對太陽能電池在現實世界中的行為有了更清晰的認識。有了更好的監測工具，我們可以設計更好的測試、製作更好的電池，最終實現更可靠的太陽能系統。該研究已發表在《能源環境科學》期刊上。
