《INT J PR ENG MAN-GT》：光子燒結(jié)硅太陽(yáng)能電池上的絲網(wǎng)印刷銀包銅電極，實(shí)現(xiàn)高通量、經(jīng)濟(jì)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(qiáng)脈沖光印刷并燒結(jié)在硅(Si)異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池上作為電極。在IPL燒結(jié)過程中，通過熱電偶和紅外(IR)攝像機(jī)監(jiān)測(cè)電極的溫度。為了掌握更準(zhǔn)確的溫度分布，還采用有限差分法進(jìn)行了傳熱模擬。根據(jù)光能評(píng)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(cè)量了硅太陽(yáng)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(jié)Ag涂覆Cu漿料的Si太陽(yáng)能電池的開路電壓(Voc)增加了2mV，因?yàn)橥ㄟ^光照改善了表面鈍化。此外，通過測(cè)量6個(gè)月的偽fll因子(pFF)確認(rèn)不存在Cu擴(kuò)散問題，從而確保了太陽(yáng)能電池的可靠性。

文獻(xiàn)介紹：

全基于印刷工藝的高溫?zé)峁に嚕ǔ^700℃）長(zhǎng)期以來一直被用作傳統(tǒng)晶體硅(c-Si)太陽(yáng)能電池的電極形成方法，因?yàn)樗谏a(chǎn)率和工藝簡(jiǎn)化方面具有許多優(yōu)勢(shì)。最近，已經(jīng)進(jìn)行了幾項(xiàng)研究來提高c-Si太陽(yáng)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(xiàng)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(jié)構(gòu)和基于非晶硅(a-Si)的異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池。在此結(jié)構(gòu)中，當(dāng)采用高溫?zé)峁に囘M(jìn)行金屬化時(shí)，經(jīng)常會(huì)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?zé)峁袒?，例如?00℃下固化10~20分鐘和通過物理氣相沉積(PVD)進(jìn)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(gè)缺點(diǎn)。PVD工藝的第一個(gè)缺點(diǎn)是由于PVD設(shè)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(chǎn)。同時(shí)，熱固化方法需要在200℃下進(jìn)行10~20分鐘的熱處理，這增加了工藝時(shí)間并降低了生產(chǎn)率。此外，異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池?zé)峁袒瘽{料的材料成本非常高，因?yàn)樾枰獫{料中較高的銀(Ag)含量。因此，已經(jīng)進(jìn)行了一些研究，以在Si異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池上使用鍍銅來降低材料成本。

強(qiáng)脈沖光(IPL)燒結(jié)工藝是低溫電極形成技術(shù)之一，是一種利用光吸收產(chǎn)生金屬粒子表面等離子體效應(yīng)的技術(shù)。最近，已經(jīng)開展了幾項(xiàng)使用銅納米顆粒(CuNP)的IPL燒結(jié)技術(shù)研究。為了進(jìn)一步降低材料成本，在之前的幾項(xiàng)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(jié)效果，進(jìn)行了一項(xiàng)研究，通過考慮Cu納米粒子的選擇性吸收波長(zhǎng)來確定溫度和電阻率。最近，一項(xiàng)新研究表明，CuNP墨水可以直接使用IPL燒結(jié)工藝在硅（Si）晶片中燒結(jié)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(zhǎng)期可靠性較差。為了提高低溫固化電極材料的長(zhǎng)期可靠性，還進(jìn)行了用于Si太陽(yáng)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(jìn)一步提高，以提高硅太陽(yáng)能電池的性能。在本研究中，通過改變光能的IPL燒結(jié)工藝燒結(jié)絲網(wǎng)印刷的銀包銅漿料。對(duì)IPL燒結(jié)銀包銅電極的可靠性、電阻率和界面接觸電阻進(jìn)行了測(cè)試，以獲得高度可靠的太陽(yáng)能電池。

采用IPL燒結(jié)工藝將銀包銅漿料涂覆于電極上，制成Si異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池。對(duì)電池生產(chǎn)進(jìn)行評(píng)估的結(jié)果表明，與基于Ag電極的熱固化工藝相比，由于線寬增加導(dǎo)致Jsc損失，因此效率略有降低。但是，采用IPL燒結(jié)工藝的太陽(yáng)能電池的Voc得到了改善。由于銀涂覆效應(yīng)和TCO層的擴(kuò)散阻擋效應(yīng)，6個(gè)月內(nèi)Cu擴(kuò)散導(dǎo)致的pFF并未降低。預(yù)計(jì)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(jié)工藝的處理時(shí)間極短，生產(chǎn)率顯著提高。

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

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