镀铜工艺助力TOPCon电池降银增效：湿热（DH）测试下的稳定性突破

 

随着硅太阳能电池技术的发展，TOPCon电池已成为太阳能市场的主导工业技术，TOPCon太阳能电池的长期稳定性问题日益受到关注。湿热(DH)测试发现，TOPCon太阳能电池的正面金属化容易受到腐蚀。湿热(DH)测试是评估太阳能电池在长期户外运行条件下对湿度和温度敏感性的常用加速稳定性测试。

通过对电池在美能温湿度综合环境试验箱内经历湿热测试后的各项性能指标进行检测和分析，深入了解铜镀层在缓解污染诱导退化方面的作用机制。

实验方法

 

本研究采用双面九主栅(9BB)158mmTOPCon太阳能电池，其正面为掺硼发射极和含铝银栅，背面为无铝银栅。通过光诱导电镀工艺在正面沉积约1μm铜层，采用150mA恒定电流。测试前，电池经NaCl溶液处理以模拟污染物环境，随后进行85°C/85%RH的湿热(DH)测试。

(a)带有正面铜镀栅线的TOPCon太阳能电池示意图；(b)实验流程图

镀铜后的性能表现

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(a)原始电池和(b)镀铜电池正面金属接触的俯视SEM图像

通过俯视图扫描电子显微镜（SEM）图像可以看出，未镀层的金属接触显示出高度多孔的结构，而镀铜后的接触点没有显示出任何孔隙。这表明铜镀层能够有效填补接触点的空隙，使其更加致密。能量色散光谱（EDS）结果显示，镀铜层很好地覆盖了印刷的金属表面，银信号在镀层后几乎无法检测到。

(a)原始电池(b)镀铜电池的截面SEM图及对应的EDS元素分布图

通过冷冻聚焦离子束（Cryo-FIB）切割并捕获截面SEM和EDS结果进行详细分析。结果显示，镀铜层完全覆盖了接触表面，并且甚至填充了一些金属体中的空隙（图b）。这种致密的镀铜层有助于防止污染物的渗透。

湿热（DH）测试的电性能参数

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不同组电池在湿热测试期间的I-V参数变化

在湿热测试期间，不同组的电池的I-V参数随时间变化。镀铜电池保持稳定，表明高温高湿的湿热测试本身不会导致TOPCon太阳能电池的退化。然而，暴露于NaCl的未镀层电池在湿热测试期间出现了显著的退化。

所有电池在DH测试期间Rs、FF、Voc、Jsc和PCE的相对变化

经过6小时的湿热测试，未镀层电池的开路电压下降了约2.8%，短路电流密度下降了约52.2%，导致效率下降了超过80%。相比之下，镀铜电池在相同条件下表现更好，仅出现约11.5%的效率下降。这表明铜镀层有效地缓解了NaCl诱导的退化。

湿热（DH）测试的电阻变化规律

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原始电池与镀铜电池在NaCl溶液暴露后串联电阻(Rs)分布图像

在NaCl暴露处理及6小时湿热测试前后的PL图像

通过分析串联电阻和光致发光图像，进一步验证了铜镀层的保护效果。未镀层电池在湿热测试2小时后就出现了明显的串联电阻问题，而镀铜电池在湿热测试后仍保持相对稳定。光致发光图像显示，未镀层电池在金属接触区域出现了模糊的信号，表明NaCl诱导的复合主要发生在接触区域。相比之下，镀铜电池的光致发光图像在接触区域周围更亮，表明其开路电压性能更稳定。

(a)6小时湿热测试后的线电阻变化；(b)接触电阻率随湿热测试时间的变化

通过四点探针和传输长度法（TLM）测量，研究了电池的电阻损失。结果显示，未镀层电池的接触电阻在湿热测试期间迅速增加，而镀铜电池的接触电阻增加幅度较小。这表明铜镀层能够有效减缓接触区域的退化。

SEM和EDS分析

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湿热测试后(a)未镀铜氯化钠组和(b)镀铜氯化钠电池的截面SEM图像及对应能谱面分布图

通过扫描电子显微镜(SEM)和能量色散X射线光谱(EDS)详细分析了表面形态，发现镀铜后接触变得更加致密，有效减缓了离子渗透速度，从而延缓了TOPCon接触的退化。

铜镀层不仅填补了接触点的空隙，使其更加致密，还显著减少了污染物的渗透。在湿热测试中，未镀层电池的效率下降了超过80%，而镀铜电池仅下降了约11.5%。这表明铜镀层能够有效缓解NaCl诱导的退化，提高设备的寿命和降低电力平准化成本（LCOE）。

美能温湿度综合环境试验箱

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美能温湿度综合环境试验箱采用进口温度控制器，能够实现多段温度编程，具有高精确度和良好的可靠性，满足不同气候条件下的测试需求。

温度范围：20℃~+130℃

温湿度范围：10%RH~98%RH(at+20℃-+85℃）

满足试验标准：IEC61215、IEC61730、UL1703等检测标准

实验结果表明，使用铜镀层显著提高了TOPCon太阳能电池在湿热环境下的稳定性，有效减缓了污染诱导的退化。美能温湿度综合环境试验箱为实验提供了可靠的测试平台，确保了研究结果的准确性和可重复性，从而验证了铜镀层在提高太阳能电池长期稳定性方面的潜力。

原文参考：Alleviating contaminant-induced degradation of TOPCon solar cells with copper plating

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