近年來，隨著光伏產(chǎn)能向太瓦級(jí)快速擴(kuò)張，銀漿消耗已成為制約行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。2023年，光伏銀耗已占全球總需求的16.2%，而當(dāng)前主流的TOPCon等高效電池技術(shù)因采用雙面銀柵結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步推高了銀耗壓力。若不突破現(xiàn)有材料體系，未來光伏產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；l(fā)展將面臨銀資源供應(yīng)的根本性約束。美能TLM接觸電阻測(cè)試儀是專用于太陽能電池電極優(yōu)化中關(guān)鍵電學(xué)參數(shù)提取的高精度分析設(shè)備，具備接觸電阻率與柵線電阻雙重測(cè)試功能。為TOPCon電池等高效結(jié)構(gòu)的電極材料優(yōu)化與工藝改進(jìn)提供可靠的量化依據(jù)。

本研究提出一種面向產(chǎn)業(yè)化的TOPCon電池降銀金屬化方案。通過采用無鋁純銀漿替代含鋁銀漿，優(yōu)化正面接觸工藝以降低耗量并提升電性能；同時(shí)在背面創(chuàng)新引入“銀接觸層+銅導(dǎo)電層”的疊印結(jié)構(gòu)，利用銅漿承擔(dān)主要導(dǎo)電功能。實(shí)驗(yàn)表明，該方案可在維持電池效率的前提下，將銀耗從約15 mg/Wp顯著降低至9 mg/Wp以下，降幅達(dá)40%，為行業(yè)提供了一條兼具技術(shù)可行性與經(jīng)濟(jì)性的可持續(xù)發(fā)展路徑。

技術(shù)路線：正背面差異化降銀策略

正面與背面均采用降銀設(shè)計(jì)的Cu-TOPCon電池截面示意圖

兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的印刷工藝流程與TOPCon參比工藝對(duì)比

本研究采用分步驗(yàn)證方法，最終目標(biāo)為同一電池集成正背面降銀方案：

正面策略：采用無鋁純銀漿替代工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)含鋁銀漿，利用其更高電導(dǎo)率實(shí)現(xiàn)耗量降低。通過“先細(xì)柵后匯流條”的分步印刷工藝，在無匯流條條件下完成高溫?zé)Y(jié)形成優(yōu)質(zhì)硼接觸，后續(xù)匯流條采用低溫銅漿印刷。

背面策略：創(chuàng)新性采用“疊印”結(jié)構(gòu)：先印刷超薄銀層確保與n+多晶硅的歐姆接觸，再覆蓋銅漿層承擔(dān)主要導(dǎo)電功能。銅漿采用Copprint納米銅漿，可在300°C快速固化，其寬粒徑分布與抗氧化配方確保良好導(dǎo)電性與工藝穩(wěn)定性。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

Millennial Solar

漿料耗量、提取的電阻值及有效體電阻率

使用兩種不同正面漿料印刷的TOPCon太陽電池IV參數(shù)對(duì)比：參比含鋁銀漿與新型無鋁銀漿

兩種正面漿料所印刷細(xì)柵的激光掃描顯微鏡圖像(a)為參比含鋁銀漿印刷細(xì)柵的光學(xué)顯微圖像(b)為其對(duì)應(yīng)的高度分布熱力圖。(c)和(d)分別為新型無鋁銀漿印刷細(xì)柵的光學(xué)圖像與高度分布圖

第二實(shí)驗(yàn)中各印刷步驟的濕漿料耗量

針對(duì)背面降銀的第二組實(shí)驗(yàn)所制備太陽電池的IV參數(shù)

正面實(shí)驗(yàn)顯示，無鋁銀漿在耗量降低40%的情況下，仍保持與參比電池相當(dāng)?shù)拇?lián)電阻。雖然細(xì)柵形貌更寬更矮導(dǎo)致短路電流微降，但開路電壓和填充因子的提升證實(shí)了金屬誘導(dǎo)復(fù)合的降低。特別是比接觸電阻從1.8 mΩ·cm2降至1.3 mΩ·cm2，有效體電阻率降低32%，表明銀的利用效率顯著提高。

背面實(shí)驗(yàn)中，銅漿疊印結(jié)構(gòu)電池展現(xiàn)出與全銀參比電池相同的效率水平。盡管由于光學(xué)損失導(dǎo)致短路電流略有下降，但減少的金屬接觸面積帶來了開路電壓的增益。關(guān)鍵的是，填充因子完全保持，證明銅漿導(dǎo)電性能足以替代銀漿功能。實(shí)驗(yàn)雖未優(yōu)化耗量，但銀用量已減少三分之二以上。

產(chǎn)業(yè)化潛力評(píng)估

Millennial Solar

基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果推算，M10尺寸TOPCon電池的銀漿總耗量可從當(dāng)前約125 mg/片降至73 mg/片，其中：

正面：從60 mg降至45 mg（無鋁銀細(xì)柵）

背面：從65 mg降至≤28 mg（銀接觸層+銅主柵）

對(duì)應(yīng)24.5%效率下，銀耗將從15 mg/Wp降至9 mg/Wp。需新增銅漿94-132 mg/片及一道固化工序，但在當(dāng)前銀價(jià)趨勢(shì)下具備顯著經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。該方案兼容現(xiàn)有絲網(wǎng)印刷產(chǎn)線，無需重大設(shè)備改造，具備快速導(dǎo)入潛力。

本研究通過正背面差異化金屬化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)性論證了TOPCon電池降銀的可行性。無鋁銀漿在正面應(yīng)用可提升電學(xué)性能的同時(shí)降低耗量，銅漿疊印結(jié)構(gòu)在背面實(shí)現(xiàn)功能性替代。兩者結(jié)合有望推動(dòng)TOPCon電池銀耗突破10 mg/Wp關(guān)口，為太瓦級(jí)光伏時(shí)代的材料可持續(xù)性提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。未來工作將聚焦于細(xì)柵形貌優(yōu)化、銅漿可靠性驗(yàn)證以及正背面工藝集成測(cè)試。

美能TLM接觸電阻測(cè)試儀

Millennial Solar

美能TLM接觸電阻測(cè)試儀所具備接觸電阻率測(cè)試功能，可實(shí)現(xiàn)快速、靈活、精準(zhǔn)檢測(cè)。

靜態(tài)測(cè)試重復(fù)性≤1%，動(dòng)態(tài)測(cè)試重復(fù)性≤3%

線電阻測(cè)量精度可達(dá)5%或0.1Ω/cm

接觸電阻率測(cè)試與線電阻測(cè)試隨意切換

定制多種探測(cè)頭進(jìn)行測(cè)量和分析

通過美能TLM接觸電阻測(cè)試儀提供了精準(zhǔn)的比接觸電阻率數(shù)據(jù)與金屬-半導(dǎo)體界面電學(xué)特性系統(tǒng)性評(píng)估，為論證無鋁銀漿在降低接觸電阻、提升金屬化效率方面的優(yōu)勢(shì)提供了關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)依據(jù)，并支撐了銅漿疊印結(jié)構(gòu)中薄銀接觸層設(shè)計(jì)的可行性結(jié)論，為TOPCon電池實(shí)現(xiàn)低銀耗、高效率的金屬化方案奠定了可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

原文參考：TOPCon Solar Cells With Al-Free Ag and Cu Metallization

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