硅异质结太阳能电池无银金属化实现高效率的技术突破

本文综述探讨了低温铜（Cu）浆料和银铜（AgCu）浆料在硅异质结（SHJ）太阳能电池金属化中的应用，通过对比丝网印刷（SP）与点胶技术，验证了铜基浆料替代银（Ag）的可行性。研究显示，AgCu浆料正面+Ag浆料背面的电池效率提升0.13%，而AgCu正面+Cu背面方案在节省70%银用量的同时效率达23.6%。双面铜浆料电池最高效率达23.08%，为无银金属化提供了重要技术路径。

　　

引言：SHJ电池的金属化挑战

硅异质结（SHJ）太阳能电池因其高开路电压（V_oc）和低硅耗成为光伏领域焦点，但其低温工艺（<250°C）限制了传统银浆的高温烧结应用。银的高成本（占非硅材料成本的50%以上）及全球年供应量限制（需降至2 mg/W以下）迫使行业寻求铜（Cu）或银铜（AgCu）浆料替代方案。

实验设计与方法

研究采用M2尺寸（244.32 cm²）的SHJ电池，对比丝网印刷（SP）和点胶技术制备的Ag、AgCu及Cu栅线性能。通过四探针法测量线电阻，透射线法（TLM）分析接触电阻率，并评估不同退火条件（如Cu浆料的300°C/5 s）对电池性能的影响。

栅线性能分析

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  几何特性：Cu浆料因高粘度需更宽网版（30 μm vs. Ag的23 μm），导致栅线宽度增加（56.18 μm vs. Ag的46.56 μm），但高度降低（10.22 μm vs. 14.21 μm），宽高比降至0.18。

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  电学性能：Cu浆料线电阻（4.24 Ω/cm）显著高于Ag（1.15 Ω/cm），而AgCu（3.20 Ω/cm）介于两者之间。点胶Cu因均匀性更优，线电阻降至0.90 Ω/cm。

退火条件与电池稳定性

SHJ电池在280°C以上退火时效率下降（360°C时损失1.5%_abs），但光浸泡（LiSo）可部分恢复。标准Cu退火条件（300°C/5 s）仅造成0.2%_abs效率损失，且LiSo可完全修复。

电池效率突破

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  AgCu方案：正面AgCu+背面Ag的电池效率达23.95%，较全Ag参考电池（23.79%）提升0.16%_abs。

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  铜基方案：双面Cu浆料电池平均效率22.4%，最高23.08%，创无银电池纪录；AgCu正面+Cu背面方案效率23.6%，仅比参考低0.35%_abs，同时节省70%银用量。

技术瓶颈与展望

电镜分析显示Cu纳米颗粒与透明导电氧化物（TCO）接触不良是效率波动主因。未来需优化点胶工艺（如降低栅线宽度至40 μm以下）并开发抗氧化封装技术，以实现铜浆料在SHJ电池中的规模化应用。

结论

铜基浆料金属化使SHJ电池银耗量逼近2 mg/W目标，双面铜方案效率突破23%验证了无银化的可行性，为光伏可持续发展提供了关键技术支撑。