硅基太阳能电池能够将大部分入射太阳辐射转化为可用电力，然而硅光伏器件的长期性能和成本效益面临着重大挑战。两个重要的因素导致硅太阳能电池的退化：热和紫外线光。升高的温度会增强扩散限制机制，加速电气故障，而UV光子会导致硅晶格结构的累积光降解，这一些因素的综合影响导致输出电流和电压明显降低，最终影响太阳能电池的效率和寿命，因此使用太阳能保护涂层是必要的。TiO2涂层具有紫外线保护、抗反射和自清洁的特性，有助于保持功率输出并延长硅和其他太阳能光伏器件的常规使用的寿命。本研究评估简单浸涂方法涂覆的FOTS+TiO2涂层的质量和特性，分析在模拟太阳能条件下具有FOTS+TiO2涂层的硅太阳能电池的性能，探索出一种经济效益高用于改善太阳能电池的紫外线防护的方法。
使用太阳能模拟器严格评估太阳能电池的性能，将PV微型器件暴露于Q-Sun氙测试室以进行UV暴露。首先使用太阳能模拟器对太阳能电池进行I-V表征。随后将电池转移到Q-Sun氙试验箱中，模拟长时间户外暴露的紫外线辐射，评估涂层的保护性能。在UV暴露之后，使用相同的太阳能模拟器重新表征太阳能电池，以测量由于UV诱导的应力而引起的效率或退化的任何变化。通过评价曝光前后的结构、光学和电学特性进行了综合分析，验证FOTS+TiO2涂层的保护效力。
图1显示了未涂覆的太阳能电池的电流-电压特性，显示了在正向和反向偏压条件下电流和电压之间的关系，该图表明太阳能电池具有高Voc和Isc，以及最小的反向漏电流，表明高质量的二极管特性。
在UV暴露之前，电池表现出36.86 mA/cm2的短路电流密度（Jsc）、605.371 mV的开路电压（Voc）、58.5%的填充因子和13.1%的功率转换效率（η）。在UV暴露后，Jsc略微增加至36.94 mA/cm2，而Voc下降至607.599 mV。填充因子降低到56.9%，并且效率降低到12.8%，如图2所示。
图2. UV曝光前后没有涂层的Si太阳能电池的I-V、P-V和J-V特性图 。
图3展示了在UV暴露前后的FOTS+TiO2单涂层PV微型器件I-V、P-V和J-V特性曲线，表明电池在光照下产生电流的能力有小的改善。开路电压从609.487 mV变化到607.802 mV，反映了电池可以产生的最大电压的轻微变化。此外，填充因子从57.8%提高到59.3%，表明电池的电特性具有更加好的质量，太阳能电池的总效率从12.1%增加到12.4%。所有关键参数都有小幅改善，填充因子显示出最显著的增强，这表明UV暴露可能已改善了电池中的电荷传输性质或减少了复合损失。整体效率的提高虽然不大，但表明FOTS +TiO2单一涂层提供了某些特定的程度的紫外线稳定性，略微提高了电池的性能。
图4展示了在UV暴露前后的FOTS+TiO2双涂层PV微型器件的I-V、P-V和J-V特性曲线双涂层太阳能电池对UV暴露表现出混合响应。短路电流从34.63 mA/cm2变化到34.48 mA/cm2，表明光吸收或电荷产生的变化。开路电压从608.581 mV变化至609.298 mV，而填充因子从54.0%小幅降低至53.7%。在UV暴露后，电池的总效率从11.4%略微降低至11.3%。这些根据结果得出，虽然双层涂层提供了一些抗UV辐射的稳定性，但它不能完全防止UV诱导的降解。
图5展示了在UV暴露前后的FOTS+TiO2三涂层PV微型器件的I-V、P-V和J-V特性曲线的细微降低，表明对电池的电流产生能力的影响很小。开路电压从614.632 mV增加到615.443 mV，表明电池可以产生的最大电压略有改善。然而，填充因子显著下降，从54.5%下降到42.8%，这表明电池的整体电性能恶化，太阳能电池的总效率从12.4%明显降低到9.8%，反映了在UV暴露之后电池将阳光转换成电的能力的显著降低。因此三层涂层不能完全保护器件免受UV诱导的性能退化，特别是在填充因子和总效率方面。
图6展示了四种不同涂层配置的太阳能效率随时间的退化。未涂层的微型光伏设备降解最快，在前100天内效率急剧下降。FOTS+TiO2的单一涂层表现出最慢的降解速率，并跟着时间的推移保持最高的效率。这种趋势在500天的图表中尤为明显，涂层之间的差异越来越明显。左侧长期图表显示，虽然所有太阳能电池最终都会降解，但与未涂覆的PV微型器件相比，FOTS+TiO2涂层显著延长了太阳能电池的使用寿命。
图6. 太阳能模拟器用于无涂层和FOTS+TiO2涂覆的PV微型器件效率随时间特性曲线图。
这项研究证明了FOTS+TiO2纳米颗粒涂层在增强硅太阳能电池的紫外线防护和性能耐久性方面的功效。在测试的各种涂层配方中，单一FOTS+TiO2涂层在紫外线暴露后关键参数有显著改善，填充因子从57.8%增加到59.3%，而效率从12.1%上升到12.4%；长期耐久性测试进一步验证了FOTS+TiO2涂层的有效性。单涂层和双涂层PV微型装置都表现出上级弹性，在通过加速太阳模拟器UV暴露200小时后，性能仅下降1%，显著优于效率下降4%的未涂层PV微型装置。
FOTS+TiO2涂层的多晶层有效地吸收紫外线，减少紫外线引起的降解，而FOTS的疏水性可以有效的预防水的进入，还可作为防腐蚀剂的屏障，保持电池的结构完整性和电气性能。该涂层能够同时提高效率和延长运行寿命，解决了太阳能技术面临的关键挑战。随世界继续转向可再次生产的能源，这种保护和性能增强涂层的开发将在提高太阳能系统的可靠性，效率和成本效益方面发挥至关重要的作用，最终有助于实现更可持续的未来。
