美国团队实现TOPCon铜接触！

来源：市场资讯

（来源：光伏见闻）

美国一支研究团队近日传来好消息，他们借助激光增强接触优化（LECO）工艺，成功做出了一款特殊的TOPCon太阳能电池——背面用丝网印刷穿透式铜接触，正面则是银接触硼发射极。这一突破，相当于给TOPCon电池降本找了条新路子，能有效减少银耗、优化成本。

说起来，LECO工艺的原理不算复杂：在太阳能电池正面加超过10V的恒定反向电压，同时发射高强度激光脉冲，产生的数安培电流，能大幅降低半导体和金属电极之间的接触电阻率，电池电性能自然也就提上去了。

研究人员介绍，他们已经证实，LECO处理能有效实现TOPCon电池背面n型TOPCon的丝网印刷穿透式铜接触。这次实验用的铜浆料也很特别，来自Bert 薄膜有限公司（BTF），是一款可丝网印刷的穿透式产品，能在铜颗粒周围形成一层薄氧化铜，刚好能抑制铜迁移，避免影响电池性能。

据报道，BTF今年2月就推出了这款新型铜浆料。按照厂商的说法，它能在空气中直接完成丝网印刷和烧结，还能和正面金属化用的商用银浆料共烧，不用改造现有生产线，适配性很强。

这款电池的制备流程，也完全贴合行业现有工艺。它用的是标准242.32平方厘米n型硅片，先经过切割损伤刻蚀、表面制绒和清洗，再进行后续加工：正面是硼扩散发射极，用氧化铝/氮化硅（Al₂O₃/SiNx）层钝化；背面则是全区域TOPCon叠层。正面印上135条栅线的银浆料，在700℃下烧结；背面再涂铜浆料，为了防止铜迁移，烧结温度特意控制在500-600℃这个较低范围。

论文通讯作者Young Woo Ok直言，这次研究用到的所有工具和工艺，目前光伏行业都已经在使用了。“说白了，只要把银浆料换成铜浆料，这个工艺就能直接替代银接触，实现即插即用，快速投入量产。”

为了让电池性能达到最佳，研究团队做了不少优化：在不同反向偏置电压下测试LECO处理效果，还做了全银接触电池作为参照；用传输长度法（TLM）和电致发光成像，检测金属诱导复合电流密度、接触电阻率等关键电性能；同时还系统调整了铜浆料的印刷和烧结参数，比如丝网设计、烧结温度、传送带速度，还有LECO的相关设置。

测试结果很清晰：500-550℃烧结的电池，开路电压和伪填充因子都很稳定，530℃时状态最好；要是温度太高，铜就会扩散到隧穿氧化层，导致电池性能下降。另外，高温还会让短路电流密度稍微降低，而填充因子在530-535℃左右达到峰值，这都是因为串联电阻减少了。EL成像也能看出来，535℃烧结时，电池接触质量明显变好，之前接触不良导致的暗区也消失了。

研究团队专门针对530℃烧结的电池，优化了LECO处理参数，发现17-19V的反向偏置电压最合适，能在串联电阻和伪填充因子之间找到最佳平衡。经过LECO处理后，接触电阻率从原来的约300毫欧·平方厘米，降到了大概10毫欧·平方厘米，背面铜接触性能提升特别明显，而激光功率对这个效果的影响很小。微观结构分析也显示，多晶硅层里的铜胶体和微晶变多了，既改善了接触性能，也没影响伪填充因子和开路电压。

和全银接触电池比起来，这款铜接触电池的表现也不差——开路电压和伪填充因子基本持平，只是短路电流和填充因子稍微低一点。优化后的铜接触电池，转换效率能达到24.3%，只比银接触电池低0.2-0.3个百分点。虽然铜接触的接触电阻率比银接触高，但只要增加背面接触覆盖率，就能缓解这个问题。更关键的是，它的稳定性也经过了考验：在氮气环境、200℃热应力下测试1000小时，开路电压和伪填充因子几乎没变化，足以证明铜接触的可靠性。

研究人员特别强调，这款高效率的丝网印刷铜接触n型TOPCon电池，为用成本更低的可丝网印刷铜浆料，替代n型TOPCon电池中价格昂贵的银接触提供了独特机遇。

这一新型电池理念已发表在《太阳能材料与太阳能电池》期刊上，论文标题为《采用LECO工艺实现效率>24%的丝网印刷铜接触n型TOPCon太阳能电池》。研究团队由美国能源部落基山国家实验室、佐治亚理工学院的学者，以及美国铜浆料专业厂商Bert薄膜有限公司的研究人员组成。