工业级TOPCon电池的低银量丝网印刷金属化技术，实现降银80%

本文提出了一种银含量低的丝网印刷金属化设计，通过在TOPCon太阳能电池中使用银点阵和银含量低的浮动指状结构，显著减少了银的使用量，同时保持了高效率。通过光致发光(PL)成像等先进诊断表征界面质量实验表明，后侧银使用量减少了85%，整个电池的银消耗量降至7 mg/W，效率损失仅为0.1-0.2%。通过进一步优化打印和烧结工艺，预计可以实现与工业标准银金属化设计相当的效率。该研究为TOPCon太阳能电池的可持续和成本效益制造提供了可行的解决方案。

研究方法

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银节约金属化结构设计示意图

两步印刷工艺：首先，使用少量常规银浆料作为种子层进行印刷，以形成与硅表面的接触。然后，印刷浮动的指状线和汇流条，使用交替的银节约浆料。这种两步印刷工艺确保了高质量的金属/硅界面，同时降低了银节约浆料的材料兼容性要求。

TOPCon电池银耗量-接触覆盖率与印刷高度函数关系

点阵种子层配置：通过将银浆料印刷为间歇的点阵或点接触，进一步减少了银接触的覆盖面积。这种设计允许通过调整点阵之间的间距来灵活优化工艺。

标准银指状线与点阵结构TOPCon电池效率仿真及损耗分解

数值模拟：使用Quokka 3进行数值模拟，评估点阵设计对电池性能的潜在影响。模拟参数基于当前的工业TOPCon电池，包括晶圆尺寸、厚度、体电阻率、寿命、汇流条数量、指宽、指间距、接触电阻率、接触复合率、钝化表面、发射极片电阻率和多晶硅掺杂密度等。

实验设计

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银节约金属化TOPCon电池制备工艺流程

数据收集：使用非金属化的工业TOPCon电池前驱体，前驱体使用n型工业级Cz硅片制成，厚度为130μm，体电阻率为0.6-1.2 Ω cm。实验步骤：实验分为五组：

• 组1和组2：在TOPCon前驱体的后表面印刷间歇的银点阵，然后在前面印刷常规的银指状线、汇流条和焊点，并进行工业标准的烧结过程。
• 组3和组4：在前后两面都印刷银点阵，然后印刷银包覆铜或纯铜指状线、汇流条和焊点。
• 组5：仅使用高温浆料，省略低温固化步骤，所有丝网印刷步骤在烧结过程之前完成。

银节约金属化TOPCon电池后表面形貌表征

样本选择：制备大面积（182 x 182 mm?）TOPCon太阳能电池，使用两种商业可用的烧透银浆料，分别适用于前后两面。参数配置：丝网参数和图案设计详见下表，银点阵的宽度为14μm，长度为50μm，面积为0.43%。银节约金属化TOPCon电池丝网印刷参数设计

结果与分析

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TOPCon电池银耗量对比（多种金属化方案）

双面银节约金属化方案效率损失仿真与优化路径

银节约金属化与低温铜基浆料：在后表面使用银点阵设计的TOPCon电池，使用银包覆铜指状线的平均效率为24.95%，使用纯铜指状线的平均效率为25.05%，与标准银指状线的效率相差0.1-0.2%。银点阵设计导致的效率损失主要是由于填充因子（FF）下降了0.5-1%，主要原因是金属/硅界面面积减少和接触电阻增加。

后表面铝指状线方案I-V参数劣化

银点阵/铝指状线界面失效分析

银节约金属化与高温铝浆料：在前后两面都使用银点阵和铝指状线的TOPCon电池，效率显著下降，VOC减少了高达25mV，FF下降了超过10%，平均效率仅为21.5%，表明效率下降了3.5%。

铝基方案接触电阻与材料退化证据（a）接触电阻对比（b）光致发光PL图像（c）接触电阻分布图（d）和（e）区域1/2的扫描电子显微镜图像

通过PL成像等分析手段，证实铝扩散引发材料退化，由于Ag点阵和Al指状线在高温烧结过程中发生了不良的相互作用，导致金属/硅界面受损。本文提出了一种基于现有工业丝网印刷技术的银节约金属化设计，用于在TOPCon太阳能电池中显著减少银的消耗量。通过在前后两面使用银点阵和浮动的指状线或汇流条，实现了85%的银消耗减少，总银消耗量为7 mg/W。

美能PL/EL一体机测试仪

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美能PL/EL一体机测试仪模拟太阳光照射钙钛矿太阳能电池片，均匀照亮整个样品，并用专业的镜头采集光致发光（PL）信号，获得PL成像；电致发光（EL）信号，获得EL成像。通过图像算法和软件对捕获的PL/EL成像进行处理和分析，并识别出PL/EL缺陷，根据其特征进行分析、分类、归纳等。

• EL/PL成像，500万像素，实现多种成像精度切换
• 光谱响应范围：400nm~1200nm
• PL光源：蓝光（可定制光源尺寸、波长等)
• 多种缺陷识别分析(麻点、发暗、边缘入侵等)可定制缺陷种类

美能PL/EL一体机测试仪在本文在光致发光（PL）分析中，通过蓝光激发精准捕捉金属化界面缺陷。高分辨成像能力和智能缺陷分析特性，已成为TOPCon低银金属化研究中界面失效诊断的基石工具。

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

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