《INT J PR ENG MAN-GT》：光子燒結硅太陽能電池上的絲網印刷銀包銅電極，實現(xiàn)高通量、經濟高效的低溫金屬化（IF=4.265）

背景：

將銀包銅漿料通過連續(xù)強脈沖光印刷并燒結在硅(Si)異質結太陽能電池上作為電極。在IPL燒結過程中，通過熱電偶和紅外(IR)攝像機監(jiān)測電極的溫度。為了掌握更準確的溫度分布，還采用有限差分法進行了傳熱模擬。根據(jù)光能評估了銀涂覆銅電極的線電阻率和接觸電阻率，并選擇最佳IPL工藝參數(shù)為光能6J/cm²和傳送帶速度5cm/s。測量了硅太陽能電池的I-V曲線，與傳統(tǒng)的Ag熱固化電極相比，效率僅降低了0.2%。由于短路電流(Jsc)的降低，效率略有下降。值得注意的是，采用IPL燒結Ag涂覆Cu漿料的Si太陽能電池的開路電壓(Voc)增加了2mV，因為通過光照改善了表面鈍化。此外，通過測量6個月的偽fll因子(pFF)確認不存在Cu擴散問題，從而確保了太陽能電池的可靠性。

文獻介紹：

全基于印刷工藝的高溫熱工藝（超過700℃）長期以來一直被用作傳統(tǒng)晶體硅(c-Si)太陽能電池的電極形成方法，因為它在生產率和工藝簡化方面具有許多優(yōu)勢。最近，已經進行了幾項研究來提高c-Si太陽能電池的效率并最大限度地減少金屬化過程中發(fā)生的鈍化損壞。在這些研究中，研究人員試圖減少電極接觸面積以減少鈍化損壞。此外，還開展了幾項基于薄隧道氧化物的鈍化接觸研究，例如隧道氧化物鈍化接觸(TOPCon)結構和基于非晶硅(a-Si)的異質結太陽能電池。在此結構中，當采用高溫熱工藝進行金屬化時，經常會發(fā)生鈍化損壞，因此不可避免地需要低溫金屬化。因此，已使用基于熱固化型樹脂/金屬粉末糊劑的低溫熱固化，例如在200℃下固化10~20分鐘和通過物理氣相沉積(PVD)進行金屬沉積等低溫電極形成方法。使用PVD工藝形成電極有幾個缺點。PVD工藝的第一個缺點是由于PVD設備昂貴，投資成本太高。其次，在PVD工藝中，電極圖案化工藝所需的工序數(shù)量較多，這不適合大規(guī)模生產。同時，熱固化方法需要在200℃下進行10~20分鐘的熱處理，這增加了工藝時間并降低了生產率。此外，異質結太陽能電池熱固化漿料的材料成本非常高，因為需要漿料中較高的銀(Ag)含量。因此，已經進行了一些研究，以在Si異質結太陽能電池上使用鍍銅來降低材料成本。

強脈沖光(IPL)燒結工藝是低溫電極形成技術之一，是一種利用光吸收產生金屬粒子表面等離子體效應的技術。最近，已經開展了幾項使用銅納米顆粒(CuNP)的IPL燒結技術研究。為了進一步降低材料成本，在之前的幾項研究中還研究了混合Cu微粒（MP）/納米粒子（NP）為了獲得更好的IPL燒結效果，進行了一項研究，通過考慮Cu納米粒子的選擇性吸收波長來確定溫度和電阻率。最近，一項新研究表明，CuNP墨水可以直接使用IPL燒結工藝在硅（Si）晶片中燒結為電極。然而，由于只有Cu顆粒墨水電極在高溫和高濕度條件下容易氧化，因此長期可靠性較差。為了提高低溫固化電極材料的長期可靠性，還進行了用于Si太陽能電池的銀包銅漿料的研究。

然而，熱固化電極的電阻率需要進一步提高，以提高硅太陽能電池的性能。在本研究中，通過改變光能的IPL燒結工藝燒結絲網印刷的銀包銅漿料。對IPL燒結銀包銅電極的可靠性、電阻率和界面接觸電阻進行了測試，以獲得高度可靠的太陽能電池。

采用IPL燒結工藝將銀包銅漿料涂覆于電極上，制成Si異質結太陽能電池。對電池生產進行評估的結果表明，與基于Ag電極的熱固化工藝相比，由于線寬增加導致Jsc損失，因此效率略有降低。但是，采用IPL燒結工藝的太陽能電池的Voc得到了改善。由于銀涂覆效應和TCO層的擴散阻擋效應，6個月內Cu擴散導致的pFF并未降低。預計使用金屬含量中的Cu成分，材料成本將比Ag漿降低70%左右，并且由于與傳統(tǒng)熱固化工藝相比，IPL燒結工藝的處理時間極短，生產率顯著提高。

引用：https://doi.org/10.1007/s40684-021-00346-3

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