傳統(tǒng)減銀策略主要依賴(lài)印刷更細(xì)的柵線(xiàn)，但受限于絲網(wǎng)印刷物理極限，當(dāng)線(xiàn)寬接近20微米時(shí)進(jìn)一步降耗難度大增。本文提出一種銀節(jié)約型兩步印刷法：首先印刷少量傳統(tǒng)銀漿形成間斷的點(diǎn)狀接觸層，確保高質(zhì)量金屬/硅界面；隨后在其上印刷僅負(fù)責(zé)導(dǎo)電的銀節(jié)約型柵線(xiàn)（如銅基漿料）。

通過(guò)美能PL/EL一體機(jī)測(cè)試儀等先進(jìn)診斷表征界面質(zhì)量實(shí)驗(yàn)表明，后側(cè)銀使用量減少了85%，整個(gè)電池的銀消耗量降至7 mg/W，效率損失僅為0.1-0.2%。通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化打印和燒結(jié)工藝，預(yù)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)銀金屬化設(shè)計(jì)相當(dāng)?shù)男?。該研究為T(mén)OPCon 太陽(yáng)能電池的可持續(xù)和成本效益制造提供了可行的解決方案。

低銀絲網(wǎng)印刷接觸電極的設(shè)計(jì)

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本研究采用兩步印刷的雙層金屬化設(shè)計(jì)，核心是先印刷少量傳統(tǒng)銀漿作為種子層，實(shí)現(xiàn)與硅表面的優(yōu)質(zhì)接觸，再在種子層上印刷低銀/無(wú)銀漿料制備浮式指柵，僅承擔(dān)導(dǎo)電功能。該設(shè)計(jì)讓低銀漿料無(wú)需滿(mǎn)足與硅的界面兼容性要求，大幅降低了漿料研發(fā)門(mén)檻，主要分為連續(xù)銀種子層和點(diǎn)狀銀種子層兩種構(gòu)型。

采用連續(xù)銀種子層和點(diǎn)狀銀種子層的節(jié)銀金屬化設(shè)計(jì)示意圖

連續(xù)銀種子層：將傳統(tǒng)銀漿印刷為連續(xù)指柵并降低印刷高度至 5μm，可使 TOPCon 電池銀耗從工業(yè)級(jí) 10~12mg/W 降至5mg/W以下，且表層低銀指柵的導(dǎo)電貢獻(xiàn)可避免指柵線(xiàn)電阻顯著上升，僅需保證薄銀層的印刷均勻性，以適配激光增強(qiáng)接觸優(yōu)化（LECO）處理。

TOPCon太陽(yáng)能電池中銀耗量隨銀接觸電極覆蓋面積和印刷高度的變化關(guān)系

點(diǎn)狀銀種子層：將銀漿印刷為間斷的點(diǎn)狀接觸結(jié)構(gòu)，置于低銀指柵下方，從接觸面積維度進(jìn)一步降銀。當(dāng)銀點(diǎn)覆蓋電池總面積 1% 時(shí)，銀耗有望降至 2mg/W 的超低水平，且銀點(diǎn)覆蓋面積可通過(guò)調(diào)整間距靈活調(diào)控，工藝優(yōu)化性遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)連續(xù)指柵（后者需縮窄至 10μm 以下才能實(shí)現(xiàn)同等覆蓋面積）。

模擬得到的采用標(biāo)準(zhǔn)銀細(xì)柵和銀點(diǎn)的TOPCon太陽(yáng)能電池的效率以及來(lái)自接觸復(fù)合、接觸電阻和橫向電阻的功率損失

為驗(yàn)證點(diǎn)狀銀種子層對(duì)電池性能的影響，本研究采用 Quokka 3 軟件，基于工業(yè)級(jí) TOPCon 電池參數(shù)開(kāi)展數(shù)值模擬，核心結(jié)論如下：

點(diǎn)狀構(gòu)型的小金屬 - 硅界面面積，可顯著抑制接觸復(fù)合損失（尤其在電池正面），但會(huì)帶來(lái)接觸電阻上升的問(wèn)題，0.75%~1% 的銀點(diǎn)覆蓋面積可實(shí)現(xiàn)二者損失的平衡，不會(huì)引發(fā)電池效率顯著下降；

電流集膚效應(yīng)主要取決于銀點(diǎn)間距而非覆蓋面積，小尺寸銀點(diǎn)搭配小間距的設(shè)計(jì)，可將該效應(yīng)降至可忽略水平；

仿真顯示，1% 覆蓋面積的銀點(diǎn)構(gòu)型，僅背面應(yīng)用時(shí)電池效率降幅小于 0.03% 絕對(duì)值，正面應(yīng)用時(shí)效率甚至微升 0.06% 絕對(duì)值，證明該設(shè)計(jì)可在降銀的同時(shí)保證電池效率，無(wú)明顯性能折損。

低銀金屬化設(shè)計(jì)的TOPCon電池制備

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銀節(jié)約金屬化TOPCon電池制備工藝流程

（左）采用節(jié)銀金屬化制備的TOPCon太陽(yáng)能電池背面的照片。（右）顯示節(jié)銀金屬化設(shè)計(jì)中銀點(diǎn)和銅細(xì)柵細(xì)節(jié)的光學(xué)顯微鏡圖像和橫截面掃描電子顯微鏡圖像

本研究以182×182mm2 的工業(yè)級(jí) TOPCon 電池前驅(qū)體為基底，采用不同低銀金屬化方案制備 5 組實(shí)驗(yàn)電池，以正背兩面均為標(biāo)準(zhǔn)銀指柵的電池為參比樣，所用漿料包括 TOPCon 專(zhuān)用燒穿型銀漿、銀包銅漿（Ag-Cu，銀含量 30%~40%）、光伏專(zhuān)用純銅漿、PERC 電池用高溫鋁漿，核心制備工藝為絲網(wǎng)印刷 - 共燒 / 固化 - LECO 處理，同時(shí)通過(guò) I-V 測(cè)試、SEM/EDS 表征、轉(zhuǎn)移長(zhǎng)度法（TLM）等手段，分析電池的光電性能、界面微觀(guān)結(jié)構(gòu)與接觸電阻。

基于低溫銅基漿料的低銀金屬化效果

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采用不同方案制備的大面積TOPCon太陽(yáng)能電池的I-V參數(shù)：標(biāo)準(zhǔn)銀細(xì)柵（參考組）、背面銀點(diǎn)+銀包銅細(xì)柵（組1）、背面銀點(diǎn)+銅細(xì)柵（組2）、雙面銀點(diǎn)+銀包銅細(xì)柵（組3）、雙面銀點(diǎn)+銅細(xì)柵（組4）

采用不同金屬化設(shè)計(jì)制備的TOPCon電池的銀耗量

低溫銅基漿料（銀包銅漿、純銅漿）因固化溫度低，與銀點(diǎn)的工藝兼容性較好，是本次研究的核心低銀漿料選擇，實(shí)驗(yàn)結(jié)果主要分為兩類(lèi)：

僅背面應(yīng)用點(diǎn)狀銀點(diǎn) + 銅基指柵：電池平均效率達(dá) 24.95%~25.05%，與參比樣相比僅微降 0.1%~0.2%，效率損失主要源于填充因子（FF）小幅下降（0.5%~1%），核心原因是背面銀點(diǎn)的小界面面積導(dǎo)致接觸電阻上升，而銅基漿料的線(xiàn)電阻率低至 5~7μΩ?cm，指柵電阻對(duì)電池性能無(wú)明顯影響。銀耗方面，背面銀點(diǎn)涂覆量?jī)H 8.8mg / 片（1.1mg/W），較傳統(tǒng)設(shè)計(jì)降銀 85%，搭配純銅指柵后電池總銀耗降至 7mg/W，較工業(yè)級(jí)降幅約 40%；即使搭配銀包銅漿，銀耗也降至 9~10mg/W，仍實(shí)現(xiàn) 15% 以上的降銀效果，且未來(lái)銀包銅漿銀含量進(jìn)一步降低后，降銀潛力更大。

正背兩面均應(yīng)用點(diǎn)狀銀點(diǎn) + 銅基指柵：實(shí)現(xiàn)了2mg/W 的超低銀耗，較工業(yè)級(jí)降幅約 85%，但電池效率未達(dá)預(yù)期（銀包銅漿組 24.3%、純銅漿組 21.3%~22.3%）。效率偏低的核心原因包括：銅基指柵線(xiàn)寬達(dá) 40~60μm，遠(yuǎn)寬于標(biāo)準(zhǔn)銀指柵的 23μm，光學(xué)遮光損失顯著；正面銀漿流變性導(dǎo)致銀點(diǎn)實(shí)際覆蓋面積僅 0.4%~0.5%，遠(yuǎn)低于 1% 的目標(biāo)，小界面面積引發(fā)高接觸電阻，加劇填充因子損失；純銅漿組還存在指柵與銀點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)偏差、邊緣分流等工藝問(wèn)題。

基于（左）本實(shí)驗(yàn)中雙面采用銀點(diǎn)和銀包銅細(xì)柵制備的TOPCon電池，以及（右）采用目標(biāo)細(xì)柵寬度和正面銀點(diǎn)覆蓋面積的TOPCon電池的模擬功率損失和模擬I-V參數(shù)

針對(duì)雙面設(shè)計(jì)的效率瓶頸，數(shù)值模擬顯示：若將銅基指柵線(xiàn)寬降至 23μm、正面銀點(diǎn)覆蓋面積提升至 1%，電池效率可恢復(fù)至 25% 左右，僅較參比樣低 0.1%，證明該設(shè)計(jì)在工藝優(yōu)化后，可實(shí)現(xiàn)超低銀耗與高效率的兼顧。此外，將該設(shè)計(jì)應(yīng)用于全背接觸（BC）電池，可規(guī)避正面指柵的遮光問(wèn)題，是重要的應(yīng)用拓展方向。

基于高溫鋁漿料的低銀金屬化問(wèn)題

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背面采用標(biāo)準(zhǔn)銀細(xì)柵（參考組）和銀點(diǎn)+鋁細(xì)柵（組5）制備的TOPCon太陽(yáng)能電池的I-V參數(shù)

高溫鋁漿料因工藝流程簡(jiǎn)單、與現(xiàn)有工業(yè)產(chǎn)線(xiàn)兼容性好，成為低銀漿料的另一選擇，本研究嘗試了背面銀點(diǎn)+鋁指柵的設(shè)計(jì)，但共燒過(guò)程中發(fā)現(xiàn)銀點(diǎn)與鋁指柵存在嚴(yán)重的負(fù)向相互作用，導(dǎo)致電池效率大幅折損：電池開(kāi)路電壓最大降幅 25mV，填充因子下降超 10%，平均效率僅 21.5%，較參比樣損失 3.5%。

（上）銀點(diǎn)下方金屬/硅界面的橫截面掃描電子顯微鏡圖像。（下）在不同位置測(cè)量的能量色散X射線(xiàn)能譜圖。成像前已通過(guò)化學(xué)方法去除了銀點(diǎn)和鋁細(xì)柵

(a) 制備的電池背面?zhèn)鹘y(tǒng)銀細(xì)柵以及銀點(diǎn)+鋁細(xì)柵的測(cè)量接觸電阻。(b) 采用銀點(diǎn)和鋁細(xì)柵制備的TOPCon電池的開(kāi)路光致發(fā)光PL圖像和 (c) 背面接觸電阻分布圖。感興趣區(qū)域1 (d) 和感興趣區(qū)域2 (e) 的掃描電子顯微鏡圖像。(d) 和 (e) 中的橙色虛線(xiàn)圓圈用于指示銀點(diǎn)的位置和尺寸

通過(guò) SEM/EDS 對(duì)金屬 - 硅界面的表征發(fā)現(xiàn)，高溫共燒時(shí)熔融鋁會(huì)穿透銀點(diǎn)的物理隔離，到達(dá)銀點(diǎn)與多晶硅層的界面，形成寬 12μm、深 6.5μm 的金屬蝕刻坑，且鋁會(huì)擴(kuò)散至體硅區(qū)域。該蝕刻坑直接穿透了 TOPCon 電池背面的 SiOx / 多晶硅鈍化疊層（僅 100nm 厚），導(dǎo)致表面鈍化質(zhì)量嚴(yán)重受損，界面飽和電流密度達(dá) 1500~4500 fA/cm2，是傳統(tǒng)銀指柵的 40~100 倍。同時(shí)，銀 - 鋁相互作用還使接觸電阻提升 80 倍，進(jìn)一步加劇了填充因子的下降。

要解決這一問(wèn)題，需對(duì)銀漿和鋁漿進(jìn)行協(xié)同研發(fā)：一方面改性鋁漿，通過(guò)優(yōu)化玻璃相體系或采用高熔點(diǎn)鋁顆粒，減少熔融鋁的逸出；另一方面優(yōu)化銀點(diǎn)微觀(guān)結(jié)構(gòu)，形成致密無(wú)孔洞的結(jié)構(gòu)，阻擋熔融鋁向金屬 - 硅界面滲透。

本研究為 TOPCon 電池的絲網(wǎng)印刷金屬化降銀提供了貼合工業(yè)實(shí)際的可行方案，既充分利用了現(xiàn)有絲網(wǎng)印刷的產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)，又大幅降低了低銀漿料的研發(fā)與應(yīng)用門(mén)檻，不僅能有效控制 TOPCon 電池的制造成本，還能緩解光伏太瓦級(jí)量產(chǎn)對(duì)銀資源的依賴(lài)，推動(dòng)光伏產(chǎn)業(yè)向更可持續(xù)、低成本的方向發(fā)展。同時(shí)，該設(shè)計(jì)也為后續(xù)低銀 / 無(wú)銀漿料的研發(fā)指明了方向，為光伏金屬化工藝的降銀升級(jí)提供了重要的技術(shù)支撐。

美能PL/EL一體機(jī)測(cè)試儀

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美能PL/EL一體機(jī)測(cè)試儀模擬太陽(yáng)光照射鈣鈦礦太陽(yáng)能電池片，均勻照亮整個(gè)樣品，并用專(zhuān)業(yè)的鏡頭采集光致發(fā)光（PL）信號(hào)，獲得PL成像；電致發(fā)光（EL）信號(hào)，獲得EL成像。通過(guò)圖像算法和軟件對(duì)捕獲的PL/EL成像進(jìn)行處理和分析，并識(shí)別出PL/EL缺陷，根據(jù)其特征進(jìn)行分析、分類(lèi)、歸納等。

• EL/PL成像，500萬(wàn)像素，實(shí)現(xiàn)多種成像精度切換
• 光譜響應(yīng)范圍：400nm~1200nm
• PL光源：藍(lán)光（可定制光源尺寸、波長(zhǎng)等)
• 多種缺陷識(shí)別分析(麻點(diǎn)、發(fā)暗、邊緣入侵等)可定制缺陷種類(lèi)

美能PL/EL一體機(jī)測(cè)試儀在本文在光致發(fā)光（PL）分析中，通過(guò)藍(lán)光激發(fā)精準(zhǔn)捕捉金屬化界面缺陷。高分辨成像能力和智能缺陷分析特性，已成為TOPCon低銀金屬化研究中界面失效診斷的基石工具。

#絲網(wǎng)印刷#銀包銅#LECO#點(diǎn)狀銀種子層#TOPCon低銀金屬化

原文參考：Silver-lean screen-printing metallisation for industrial TOPCon solar cells: Enabling an 80 % reduction in silver consumption