本文提出了一種銀含量低的絲網(wǎng)印刷金屬化設(shè)計(jì)，通過(guò)在TOPCon太陽(yáng)能電池中使用銀點(diǎn)陣和銀含量低的浮動(dòng)指狀結(jié)構(gòu)，顯著減少了銀的使用量，同時(shí)保持了高效率。通過(guò)光致發(fā)光(PL)成像等先進(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。

研究方法

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銀節(jié)約金屬化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖

兩步印刷工藝：首先，使用少量常規(guī)銀漿料作為種子層進(jìn)行印刷，以形成與硅表面的接觸。然后，印刷浮動(dòng)的指狀線(xiàn)和匯流條，使用交替的銀節(jié)約漿料。這種兩步印刷工藝確保了高質(zhì)量的金屬/硅界面，同時(shí)降低了銀節(jié)約漿料的材料兼容性要求。

TOPCon電池銀耗量-接觸覆蓋率與印刷高度函數(shù)關(guān)系

點(diǎn)陣種子層配置：通過(guò)將銀漿料印刷為間歇的點(diǎn)陣或點(diǎn)接觸，進(jìn)一步減少了銀接觸的覆蓋面積。這種設(shè)計(jì)允許通過(guò)調(diào)整點(diǎn)陣之間的間距來(lái)靈活優(yōu)化工藝。

標(biāo)準(zhǔn)銀指狀線(xiàn)與點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)TOPCon電池效率仿真及損耗分解

數(shù)值模擬：使用Quokka 3進(jìn)行數(shù)值模擬，評(píng)估點(diǎn)陣設(shè)計(jì)對(duì)電池性能的潛在影響。模擬參數(shù)基于當(dāng)前的工業(yè)TOPCon電池，包括晶圓尺寸、厚度、體電阻率、壽命、匯流條數(shù)量、指寬、指間距、接觸電阻率、接觸復(fù)合率、鈍化表面、發(fā)射極片電阻率和多晶硅摻雜密度等。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

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銀節(jié)約金屬化TOPCon電池制備工藝流程

數(shù)據(jù)收集：使用非金屬化的工業(yè)TOPCon電池前驅(qū)體，前驅(qū)體使用n型工業(yè)級(jí)Cz硅片制成，厚度為130μm，體電阻率為0.6-1.2 Ω cm。實(shí)驗(yàn)步驟：實(shí)驗(yàn)分為五組：

• 組1和組2：在TOPCon前驅(qū)體的后表面印刷間歇的銀點(diǎn)陣，然后在前面印刷常規(guī)的銀指狀線(xiàn)、匯流條和焊點(diǎn)，并進(jìn)行工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的燒結(jié)過(guò)程。
• 組3和組4：在前后兩面都印刷銀點(diǎn)陣，然后印刷銀包覆銅或純銅指狀線(xiàn)、匯流條和焊點(diǎn)。
• 組5：僅使用高溫漿料，省略低溫固化步驟，所有絲網(wǎng)印刷步驟在燒結(jié)過(guò)程之前完成。

銀節(jié)約金屬化TOPCon電池后表面形貌表征

樣本選擇：制備大面積（182 x 182 mm2）TOPCon太陽(yáng)能電池，使用兩種商業(yè)可用的燒透銀漿料，分別適用于前后兩面。參數(shù)配置：絲網(wǎng)參數(shù)和圖案設(shè)計(jì)詳見(jiàn)下表，銀點(diǎn)陣的寬度為14μm，長(zhǎng)度為50μm，面積為0.43%。銀節(jié)約金屬化TOPCon電池絲網(wǎng)印刷參數(shù)設(shè)計(jì)

結(jié)果與分析

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TOPCon電池銀耗量對(duì)比（多種金屬化方案）

雙面銀節(jié)約金屬化方案效率損失仿真與優(yōu)化路徑

銀節(jié)約金屬化與低溫銅基漿料：在后表面使用銀點(diǎn)陣設(shè)計(jì)的TOPCon電池，使用銀包覆銅指狀線(xiàn)的平均效率為24.95%，使用純銅指狀線(xiàn)的平均效率為25.05%，與標(biāo)準(zhǔn)銀指狀線(xiàn)的效率相差0.1-0.2%。銀點(diǎn)陣設(shè)計(jì)導(dǎo)致的效率損失主要是由于填充因子（FF）下降了0.5-1%，主要原因是金屬/硅界面面積減少和接觸電阻增加。

后表面鋁指狀線(xiàn)方案I-V參數(shù)劣化

銀點(diǎn)陣/鋁指狀線(xiàn)界面失效分析

銀節(jié)約金屬化與高溫鋁漿料：在前后兩面都使用銀點(diǎn)陣和鋁指狀線(xiàn)的TOPCon電池，效率顯著下降，VOC減少了高達(dá)25mV，F(xiàn)F下降了超過(guò)10%，平均效率僅為21.5%，表明效率下降了3.5%。

鋁基方案接觸電阻與材料退化證據(jù)（a）接觸電阻對(duì)比（b）光致發(fā)光PL圖像（c）接觸電阻分布圖（d）和（e）區(qū)域1/2的掃描電子顯微鏡圖像

通過(guò)PL成像等分析手段，證實(shí)鋁擴(kuò)散引發(fā)材料退化，由于Ag點(diǎn)陣和Al指狀線(xiàn)在高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中發(fā)生了不良的相互作用，導(dǎo)致金屬/硅界面受損。本文提出了一種基于現(xiàn)有工業(yè)絲網(wǎng)印刷技術(shù)的銀節(jié)約金屬化設(shè)計(jì)，用于在TOPCon太陽(yáng)能電池中顯著減少銀的消耗量。通過(guò)在前后兩面使用銀點(diǎn)陣和浮動(dòng)的指狀線(xiàn)或匯流條，實(shí)現(xiàn)了85%的銀消耗減少，總銀消耗量為7 mg/W。

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。

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

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