隨著TOPCon電池成為主流晶硅電池技術(shù)，其正面硼發(fā)射極的金屬化復(fù)合已成為效率提升的主要限制因素，同時(shí)雙面銀漿消耗導(dǎo)致成本居高不下。用更廉價(jià)且儲(chǔ)量豐富的銅替代銀是理想方案，但銅在高溫?zé)Y(jié)時(shí)易擴(kuò)散進(jìn)入硅基體，形成復(fù)合中心并引發(fā)漏電，過去難以實(shí)現(xiàn)可靠的絲網(wǎng)印刷燒穿型銅接觸。美能TLM接觸電阻測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)。

本研究采用一種特殊的可抑制銅擴(kuò)散的燒穿型銅漿，并結(jié)合LECO（激光增強(qiáng)接觸優(yōu)化）工藝，在n-TOPCon電池背面成功實(shí)現(xiàn)了高效率絲網(wǎng)印刷銅接觸。通過優(yōu)化燒結(jié)溫度（530-535°C）和LECO偏壓（17-19 V），銅接觸的接觸電阻率從300 mΩ·cm2以上降至約10 mΩ·cm2，同時(shí)保持了低金屬誘導(dǎo)復(fù)合（25-45 fA/cm2）。最終制備的銅接觸電池最高效率達(dá)24.3%，與全銀參考電池的絕對效率差距僅0.2%，且經(jīng)過1000小時(shí)高溫或濕熱測試后性能穩(wěn)定。該工作為低成本銅金屬化替代銀提供了可行路徑。

實(shí)驗(yàn)方法

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銅接觸n-TOPCon電池的截面示意圖及工藝流程

本研究基于標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)TOPCon工藝制備電池：

首先，選用n型硅片，經(jīng)制絨與清洗后形成電池前驅(qū)結(jié)構(gòu)。前表面為約300 Ω/□的硼擴(kuò)散發(fā)射極，并采用Al?O?/SiNx進(jìn)行鈍化；背面為典型TOPCon結(jié)構(gòu)（SiOx / n? poly-Si / SiNx）。

在金屬化工藝中：

正面采用銀漿絲網(wǎng)印刷，并在約700 ℃高溫?zé)Y(jié)形成電極；

背面采用可燒穿銅漿，在500–550 ℃低溫?zé)Y(jié)，以抑制銅向硅中擴(kuò)散；

電池整體經(jīng)歷“兩步燒結(jié)”：先Ag高溫?zé)Y(jié)，再Cu低溫?zé)Y(jié)。

隨后，對所有電池進(jìn)行LECO處理，通過調(diào)節(jié)反向偏壓優(yōu)化接觸性能。在表征方面，通過IV測試與EL成像評估電池性能，并結(jié)合TLM方法提取接觸電阻，同時(shí)通過不同金屬覆蓋率分析金屬誘導(dǎo)復(fù)合電流密度。

銅接觸的燒結(jié)溫度優(yōu)化

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不同峰值溫度下燒結(jié)的銅接觸n-TOPCon電池的實(shí)測性能及電致發(fā)光（EL）圖像

燒結(jié)溫度對銅接觸性能具有顯著影響：

在較低溫度（<520 ℃）下，電池串聯(lián)電阻較高，EL圖像出現(xiàn)大面積暗區(qū)，表明接觸不良；

隨著溫度升高至530–535 ℃，接觸電阻顯著降低（10 mΩ·cm2以下），填充因子與效率同步提升；

當(dāng)溫度進(jìn)一步升高（>535 ℃）時(shí)，銅擴(kuò)散加劇，導(dǎo)致TOPCon鈍化性能退化，表現(xiàn)為Voc與pFF下降。

因此，在接觸形成與鈍化保持之間存在明顯權(quán)衡，最佳燒結(jié)窗口為530–535 ℃。

LECO工藝優(yōu)化

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經(jīng)LECO工藝處理后銅接觸n-TOPCon電池的性能參數(shù)（反向偏壓Vrev：10–21 V）

在最佳燒結(jié)溫度（530°C）基礎(chǔ)上，對LECO參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化：

在低反向電壓（如13 V）下，雖然Voc與pFF較高，但串聯(lián)電阻仍偏大；

隨著電壓提升至17–19 V，接觸電阻明顯降低，填充因子達(dá)到最優(yōu)。

當(dāng)電壓進(jìn)一步升高至21 V時(shí)，器件性能反而下降，可能源于銅進(jìn)一步滲入poly-Si甚至接觸至硅基底，引發(fā)局部短路或肖特基效應(yīng)。

TLM測試表明，LECO處理后接觸電阻率由約300 mΩ·cm2顯著降低至約10 mΩ·cm2，說明其對接觸改善具有決定性作用。

銅接觸與銀接觸的性能比較

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（a, b）銀接觸和銅接觸n-TOPCon的金屬接觸分?jǐn)?shù)與實(shí)測J??、VOC的函數(shù)關(guān)系、（c）接觸電阻率

銀接觸與銅接觸n-TOPCon電池的性能對比

通過對比Ag與Cu兩種金屬體系，可以得到以下結(jié)論：

在復(fù)合特性方面，Cu接觸的金屬誘導(dǎo)復(fù)合電流密度略低于Ag，表明其在界面復(fù)合控制上具有一定優(yōu)勢；但在接觸電阻方面，Cu約為Ag的10倍，需要通過增加金屬覆蓋率進(jìn)行補(bǔ)償。

在電池性能上：

Cu接觸電池最高效率達(dá)到24.3%；

Ag接觸電池為24.5%；

二者差距僅約0.2%。同時(shí)，兩者的Voc與pFF基本一致，說明Cu接觸并未顯著損傷鈍化質(zhì)量。

采用背面銀金屬化與銅金屬化制備的最佳n-TOPCon電池性能對比

銅接觸界面的微觀結(jié)構(gòu)分析

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LECO處理前（a）后（b）銅接觸n-TOPCon界面的微觀結(jié)構(gòu)和成分圖像（STEM和EDX）

利用STEM和EDX對LECO處理前后的銅接觸界面進(jìn)行了觀察。處理前，玻璃層與多晶硅之間存在較厚且不均勻的SiNx殘留，導(dǎo)致接觸不良。LECO處理后，多晶硅表面的銅膠體密度顯著增加，并在 SiNx 較薄或缺失的區(qū)域形成了更多的銅微晶。這些富銅微晶被限制在多晶硅層內(nèi)，未到達(dá)隧道氧化層，因此不會(huì)引起鈍化退化或分流。LECO產(chǎn)生的局部焦耳熱促進(jìn)了這一結(jié)構(gòu)的形成，從而顯著降低了接觸電阻。

銅接觸的耐久性和穩(wěn)定性

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（a, b）銅接觸n-TOPCon在加速熱應(yīng)力下 Voc 和 pFF的穩(wěn)定性、（c）銅接觸n-TOPCon微型組件的效率穩(wěn)定性

在可靠性測試中，銅接觸TOPCon電池表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性：

在200°C氮?dú)夥諊懈蔁崽幚?000小時(shí)，Voc與pFF基本保持不變（歸一化值分別為 1.004 和 1.005），說明未發(fā)生明顯的銅擴(kuò)散或復(fù)合劣化。

在85 ℃ / 85%濕熱測試中，基于該電池制備的微型組件在1000小時(shí)后仍保持接近初始效率，表明其具備良好的組件級可靠性。

本研究成功實(shí)現(xiàn)了背面采用絲網(wǎng)印刷燒穿型銅接觸、正面采用銀接觸的 n-TOPCon 電池，最佳效率達(dá)到24.3%，與全銀參考電池的絕對效率差距僅為0.2%。銅接觸表現(xiàn)出略優(yōu)的金屬誘導(dǎo)復(fù)合特性，但接觸電阻率約為銀接觸的 10 倍，這是當(dāng)前效率差距的主要原因。通過優(yōu)化柵線設(shè)計(jì)、燒結(jié)溫度和LECO條件，可以彌補(bǔ)這一差距。銅接觸電池及其微型組件在 1000小時(shí)的熱處理或濕熱測試中均表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性。該技術(shù)為降低 TOPCon 電池的銀耗量、實(shí)現(xiàn)低成本銅金屬化提供了可行路徑。

美能TLM接觸電阻測試儀

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

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

線電阻測量精度可達(dá)5%或0.1Ω/cm

接觸電阻率測試與線電阻測試隨意切換

定制多種探測頭進(jìn)行測量和分析

美能TLM接觸電阻測試儀通過測量不同間距下傳輸線模型的總電阻并線性擬合，精準(zhǔn)提取接觸電阻率。該測試方法在本研究中發(fā)揮了關(guān)鍵作用：優(yōu)化前銅接觸電阻率高達(dá)300 mΩ·cm2以上，經(jīng)最佳燒結(jié)（530-535°C）和LECO處理后顯著降至約10 mΩ·cm2，而銀接觸更低至約1 mΩ·cm2。TLM測試為優(yōu)化金屬化工藝、降低接觸電阻并實(shí)現(xiàn)24.3%的銅接觸n-TOPCon電池效率提供了重要數(shù)據(jù)支撐。原文參考：>24% screen printed Cu contacted n-TOPCon solar cells with successful implementation of LECO process

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