效率达25.2%！高效无银HJT新突破！

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（来源：光伏见闻）

南开大学研究人员近日通过一种全新的界面工程策略，成功制备出铜金属化HJT太阳能电池，核心目标是解决氧化铟锡（ITO）透明导电层长期存在的界面附着力差、接触电阻率高这两大行业痛点。

ITO层对HJT电池的性能至关重要，它不仅能在氢化非晶硅薄层与金属电极之间形成欧姆接触，保障载流子高效抽取，还能在金属栅线沉积时保护脆弱的钝化层，避免其受损而影响电池整体稳定性。除此之外，ITO还能充当减反层，通过精准调控厚度和折射率，减少光反射损耗，让更多光线进入硅吸收层，进一步提升光电转换效率。

“我们研发了氩氢等离子体诱导界面工程策略，专门针对ITO进行改性，有效解决了HJT电池电镀铜金属化过程中遇到的附着力差、接触电阻高、稳定性不足等关键问题，最终实现了在ITO上制备超高质量的电镀铜。”该研究的通讯作者Guofu Hou表示，这种策略通过物理溅射与氢活性物质的协同作用，既能在ITO晶格中引入间隙氢、提高氧空位浓度，还能让ITO表面实现羟基化，具备超亲水特性。

为了弄清楚这项技术的底层作用机理，研究团队做了大量系统性工作。“我们结合了密度泛函理论（DFT）计算、有限元法（FEM）仿真，以及基于Python/OpenCV的形核定量分析，全面解析了技术原理。”共同作者Taiqiang Wang介绍，DFT计算结果显示，ITO表面羟基化后，对镍离子的吸附能力显著增强，吸附能从-0.753eV降至-2.18eV；FEM仿真也表明，等离子体改性改善了ITO的电学性能，让电镀过程中表面电流分布更均匀，有效避免了局部镀覆过厚的问题。而成像统计分析也印证了这一点——改性后形成的镍种子层，形核密度更高、晶粒更细小均匀，致密度也更优。

研究人员通过物理气相沉积（PVD）工艺，在预处理干净的玻璃基底上沉积ITO薄膜。在进行等离子体处理前，样品先依次用丙酮、乙醇、去离子水各超声清洗20分钟，随后分别用氮气吹干和自然风干。等离子体处理则在搭载4英寸射频电极的等离子体增强化学气相沉积（PECVD）设备中完成，射频功率控制在0~200W（面功率0~2.5W/cm²）之间。

为了全面表征ITO薄膜的性能，研究团队采用了多种测试手段，包括X射线光电子能谱、电子顺磁共振波谱、开尔文探针力显微镜、紫外光电子能谱以及紫外-可见分光光谱，重点分析其化学组分、表面化学特性和电子结构。而在电池制备方面，研究人员先将n型晶体硅片放入氢氧化钾溶液中进行织构化处理，再通过PECVD沉积a-Si:H层，最后溅射制备ITO薄膜。

优化后的氩氢等离子体处理能同步调控ITO的化学组分、电子结构和表面能，进而提升其导电性能、降低功函数、改善界面特性，但过度处理会导致材料还原、性能退化。同时，这种处理方式还能有效去除ITO表面的碳污染物，强化核心特征峰，提升表面洁净度和电解液润湿性，为后续均匀电镀提供了良好基础。

基于这套优化后的等离子体界面工程技术，研究团队将其整合到双面铜电镀金属化HJT电池的制备流程中。他们先对HJT前驱体进行光刻图案化处理，再依次通过电镀制备镍/铜/锡金属层——其中镍层既作为种子层，又起到扩散阻隔作用，防止铜扩散引发电池缺陷；加厚的铜层负责电荷传输；最外层的锡层则用于抗氧化，同时提升电池的焊接性能。

标准光照条件下的测试结果显示，这款HJT电池的光电转换效率达到了25.2%，开路电压742.1mV，短路电流密度40.49mA/cm²，填充因子83.86%。相比之下，未经过等离子体处理的参考电池，转换效率仅为21.10%，开路电压724.1mV，填充因子71.5%，其短路电流密度数据未对外披露。

“我们的研究结果表明，氩氢等离子体诱导界面工程技术完全可以应用于高效HJT电池的电镀铜金属化生产，这为行业减少对低温银浆的依赖、缓解全球白银短缺带来的成本和供应链风险，提供了一条极具前景的路径。”Guofu Hou补充道，这种技术带来的性能提升可适配大面积器件生产，首批大尺寸样品的转换效率已突破24%。

据悉，这项全新的无银HJT电池技术成果，已以《Plasma-induced interface engineering enables high-efficiency Ag-free silicon heterojunction solar cells with electroplated metallization》为题，发表在近期的《Journal of Energy Chemistry》上。