焊剂诱导异质结太阳能电池氧化铟锡电极腐蚀机制及干燥工艺的防护作用研究

本文揭示了商用焊剂（solder flux）对异质结（HJT）太阳能电池氧化铟锡（ITO）电极的腐蚀机制，发现后表面ITO因较高锡含量和氧空位浓度更易被有机酸腐蚀。研究创新性提出焊剂干燥工艺可有效缓解电极降解，为提升HJT电池长期可靠性提供了关键技术路径，对光伏组件制造工艺优化具有重要指导意义。

　　

焊剂引发异质结太阳能电池氧化铟锡电极腐蚀的机制解析

研究背景
随着晶体硅太阳能电池功率转换效率（PCE）突破27%，异质结（HJT）技术因其优异的开路电压（V_OC
）特性备受关注。然而在实际应用中，焊剂残留导致的氧化铟锡（ITO）电极腐蚀问题严重制约着电池的长期稳定性。Park团队通过系统研究揭示了这一关键失效机制，为行业提供了解决方案。

核心发现
• 结构差异：前后表面ITO呈现不同晶相结构，X射线衍射（XRD）显示后表面ITO存在SnO₂
特征峰（2θ=33°），X射线光电子能谱（XPS）证实其具有更高氧空位浓度（~531 eV峰增强）
• 腐蚀选择性：四探针测试显示后表面ITO初始方块电阻（100.1 Ω/□）显著高于前表面（56.7 Ω/□），在920焊剂作用后电阻超量程，而前表面仅56焊剂导致轻微变化
• 元素溶解：能谱分析（EDX）显示后表面铟（In）含量从4.23%骤降至0.01%，证实腐蚀主要通过铟组分溶出进行
• 封装局限：即使经过层压工艺，电致发光（EL）图像在85°C/85%湿度（DH）测试45小时后仍出现黑点，表明常规封装无法完全清除焊剂残留

关键实验证据
通过设计对比实验，研究团队获得系列重要发现：

1. 真空与湿热对比：真空85°C存储24小时的样品未出现EL黑点，而DH条件处理的样品出现明显腐蚀，证实水分是激活焊剂腐蚀性的关键因素
2. 接触电阻变化：传输线法（TLM）测量显示前表面接触电阻从3.263 mΩ/cm²
   增至78.995 mΩ/cm²
   ，后表面银电极（Ag）因ITO腐蚀完全脱落
3. 焊剂成分影响：酸度值21 mg KOH/g的920焊剂腐蚀性最强，而酸度相近的180/952/56焊剂因卤素杂质含量差异呈现不同腐蚀程度

创新解决方案
研究提出简单有效的焊剂干燥工艺：
• 工艺参数：80-100°C热风干燥60秒
• 防护效果：EL图像显示干燥处理区域在1000小时DH测试后几乎无黑点
• 工业适配性：该工艺可轻松集成到多主栅（MBB）组件生产线，相比玻璃-玻璃（G-to-G）封装方案更经济实用

应用价值
该研究对光伏行业具有三重启示：

1. 材料选择：建议使用低酸度（<15 mg KOH/g）且卤素含量可控的焊剂
2. 工艺优化：干燥工艺可使普通背板组件在1000小时DH测试后保持85%以上性能
3. 结构设计：后表面ITO需优化沉积工艺以减少SnO₂
   相分离

这项研究不仅阐明了HJT电池早期失效的机理，更为光伏组件可靠性提升提供了可产业化的解决方案，对推动HJT技术商业化应用具有重要意义。