低成本銀包銅漿料在HJT太陽電池中的應(yīng)用研究

摘 要：較高的生產(chǎn)成本制約著異質(zhì)結(jié)（HJT）太陽電池的發(fā)展，其中金屬化成本的占比較高，目前行業(yè)內(nèi)主要通過銀包銅漿料、無主柵技術(shù)、電鍍銅技術(shù)、激光轉(zhuǎn)印技術(shù)等方案來實(shí)現(xiàn)HJT太陽電池的降本。通過采用銀含量50%的銀包銅漿料制備HJT太陽電池，并串焊成光伏組件，對銀包銅柵線的結(jié)構(gòu)及拉力性能、太陽電池電性能及光伏組件可靠性進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明：采用銀包銅漿料制備的HJT太陽電池和光伏組件均具有良好的性能，太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到24.37%，光伏組件封裝損失（CTM）達(dá)到97.3%，且可靠性測試均合格。此外，與低溫銀漿相比，銀包銅漿料可以節(jié)省銀漿成本，若疊加無主柵技術(shù)可使銀漿成本降低50%左右。

關(guān)鍵詞：異質(zhì)結(jié)太陽電池；金屬化；銀包銅漿料；電性能；可靠性；柵線

中圖分類號：TM914.4+1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0" 引言

太陽電池技術(shù)的更新迭代推動了異質(zhì)結(jié)（HJT）太陽電池技術(shù)的發(fā)展，該技術(shù)因具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率受到研究者的廣泛關(guān)注。相比于傳統(tǒng)的PERC太陽電池和隧穿氧化層鈍化接觸（TOPCon）太陽電池，HJT太陽電池具有較少的制造工序、較低的制備溫度和更優(yōu)的溫度系數(shù)[1-4]。HJT太陽電池的特殊結(jié)構(gòu)（如圖1所示）對載流

子的傳輸和收集提出了不同于常規(guī)太陽電池的要求，特別是由于其非晶硅薄膜的橫向電阻率較大，限制了載流子的收集，因此，在非晶薄膜層與金屬電極之間插入1層透明導(dǎo)電氧化物（TCO）薄膜可以更好的收集載流子[5-6]。

HJT太陽電池的低溫制備特性限制了漿料的選擇，要求制備過程中漿料（銀漿）溫度不超過200 ℃，這導(dǎo)致銀漿的導(dǎo)電性較差，其電阻率約為6～10 Ω·cm，是高溫漿料的3～6倍[7-9]。因此，通常采用增加銀漿耗量的方式來改善其導(dǎo)電性，這導(dǎo)致銀漿成本提高，進(jìn)而制約了HJT太陽電池快速發(fā)展。為應(yīng)對這一問題，行業(yè)內(nèi)開發(fā)了眾多降低銀漿成本的方案，比如：銀包銅漿料、電鍍銅技術(shù)、激光轉(zhuǎn)印技術(shù)和無主柵技術(shù)等[10-16]。

銀包銅漿料通過用銅粉替代部分銀粉的方式來降低銀漿成本，是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。電鍍銅技術(shù)尚未發(fā)展成熟，且存在廢液處理難、環(huán)保成本高、環(huán)評審批困難的問題，因此還未進(jìn)行大規(guī)模量產(chǎn)。激光轉(zhuǎn)印技術(shù)的銀漿降本空間較大，且激光轉(zhuǎn)印采用無接觸印刷方式，能夠顯著降低太陽電池的破損率，提高良率；但是低溫銀漿流動性不足，激光轉(zhuǎn)印的銀漿會出現(xiàn)孔洞，在載體膜上呈分散狀，導(dǎo)致銀漿無法回收；激光還會對HJT太陽電池產(chǎn)生損傷；此外，載體膜的成本也比傳統(tǒng)網(wǎng)版的高。無主柵技術(shù)是通過去除主柵來節(jié)省漿料，但該技術(shù)的可靠性仍需驗(yàn)證，目前還在實(shí)驗(yàn)階段。綜合比較，銀包銅漿料是目前行業(yè)內(nèi)應(yīng)用較多的技術(shù)，例如：安徽華晟新能源科技股份有限公司已開始采用該技術(shù)。

本文為提高銀漿的導(dǎo)電性且降低銀漿成本，采用銀包銅漿料（其銀含量為50%、固含量為92%，采購于蘇州晶銀新材料科技有限公司）制備n型HJT太陽電池的金屬電極（下文簡稱為“銀包銅HJT太陽電池”，由其制備的光伏組件簡稱為“銀包銅HJT光伏組件”），通過實(shí)驗(yàn)分析銀包銅柵線的結(jié)構(gòu)及拉力性能，以及其制備的太陽電池及光伏組件的電性能及可靠性情況，以期為HJT太陽電池的進(jìn)一步優(yōu)化提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

1" 實(shí)驗(yàn)過程

1.1" 太陽電池的制備

選取晶向（100）的n型硅片（厚度為150 μm，尺寸（長×寬）為158.75 mm×158.75 mm，電阻率為1～6 Ω·cm）為襯底，依次進(jìn)行堿制絨→采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）技術(shù)制備非晶硅薄膜→采用磁控濺射（PVD）設(shè)備在非晶硅薄膜兩側(cè)沉積透明導(dǎo)電氧化物薄膜（TCO）→絲網(wǎng)印刷制作金屬電極步驟，制備得到HJT太陽電池。

1.2" 光伏組件的結(jié)構(gòu)及測試設(shè)備

HJT光伏組件結(jié)構(gòu)為玻璃/乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）膠膜/HJT太陽電池/EVA膠膜/玻璃。

所有可靠性測試均按照IEC 61215： 2021系列標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行。測試設(shè)備采用上海宏澤化工有限公司生產(chǎn)的HH84、HT484設(shè)備和博瑞生物醫(yī)藥（蘇州）股份有限公司生產(chǎn)的BR-PV-LID設(shè)備，分別進(jìn)行濕熱（DH）測試、熱循環(huán)（TC）測試和電位誘導(dǎo)衰減（PID）測試等。光伏組件的初始輸出功率在標(biāo)準(zhǔn)測試條件（STC）下進(jìn)行測試。

2" 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1" 銀包銅柵線的結(jié)構(gòu)表征及拉力性能

銀包銅漿料是以銅粉部分替代銀粉的方式，通過調(diào)整銀粉和銅粉的摻雜比例，將銀粉包裹在銅粉的表面，如此既保留了銀的優(yōu)點(diǎn)（導(dǎo)電性能優(yōu)于銅）、又防止了銅的氧化，更重要的是銅價遠(yuǎn)低于銀價[17-18]。目前，行業(yè)已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)銀含量為50%的銀包銅漿料。

通過掃描電子顯微鏡（SEM）對銀包銅HJT太陽電池正面細(xì)柵線的形貌進(jìn)行表征，其形貌如圖2所示。

從圖2可以看出：銀包銅漿料中粉末呈球形顆粒狀，且無明顯團(tuán)聚，具有良好的分散性；微米級的小顆粒銀粉與銀包銅顆?；旌暇鶆?，這有助于實(shí)現(xiàn)良好的接觸。在低溫?zé)Y(jié)過程中，通過與有機(jī)物結(jié)合，銀顆粒聚集在一起形成相互連接的網(wǎng)絡(luò)，隨著有機(jī)溶劑被去除，樹脂收縮實(shí)現(xiàn)銀漿與TCO薄膜的粘接[8]，銀顆?？拷蚋街阢熷a氧化物（ITO）薄膜表面，有效促進(jìn)了從ITO薄膜到柵線之間的電流傳導(dǎo)。通過優(yōu)化燒結(jié)溫度和燒結(jié)時間，可以降低柵線的線電阻和接觸電阻。

采用3D顯微鏡對銀包銅HJT太陽電池正面柵線進(jìn)行線性測試，其形貌如圖3所示。

從圖3可以看出：銀包銅太陽電池正面柵線的平整度存在差異，高低起伏不均勻，并且存在輕微的虛印情況，原因可能是此處正好對應(yīng)網(wǎng)版的網(wǎng)結(jié)，使線型的均勻性差。銀包銅HJT太陽電池正面柵線的平均線寬約為43 μm，平均線高約為14 μm，平均高寬比約為32.5%，比常規(guī)低溫銀漿HJT太陽電池柵線的性能稍差。

對銀包銅HJT太陽電池的正面細(xì)柵進(jìn)行了拉力測試，在每條正面柵線上選取5個焊點(diǎn)進(jìn)行測試，結(jié)果如圖4所示。測試結(jié)果顯示：拉力基本在2.0 N以上，最高到7.4 N，平均拉力為3.5 N；拉力均為合格。

2.2" 電性能研究

目前，市場主流的PERC太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率平均在23.3%左右，已接近理論極限值，提升空間有限，而n型HJT太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到24.3%～24.5%。本文采用的銀包銅HJT太陽電池的平均光電轉(zhuǎn)換效率為24.37%，具體檔位分布如圖5所示。

由圖5可以看出：光電轉(zhuǎn)換效率檔位在全部銀包銅HJT太陽電池中的占比超過10%的有24.3%、24.4%、24.5%、24.6%、24.7%這5個檔位（共占比約79.9%）；占比最高的光電轉(zhuǎn)換效率檔位為24.5%（占比為22.8%）。由此可以看出，銀包銅有望替代PERC太陽電池。

本研究采用72片銀包銅HJT太陽電池制備成銀包銅HJT光伏組件其電性能如表1所示。表中：CTM為光伏組件封裝損失，其值為光伏組件的實(shí)際輸出功率與理論輸出功率的比值，CTM值越高，說明光伏組件的封裝功率損失程度越小。從表1可以看出：銀包銅HJT光伏組件具有良好的電性能，其CTM（97.3%）與常規(guī)低溫銀漿HJT光伏組件的CTM（97.6%）基本一致。

2.3" 可靠性檢測

2.3.1" 初始性能測試

實(shí)驗(yàn)共制備5塊銀包銅HJT光伏組件樣品，在進(jìn)行可靠性測試之前，先測量各樣品的初始性能參數(shù)，結(jié)果如表2所示。樣品正面平均輸出功率為434.49 W，背面為365.33 W，雙面發(fā)電效率達(dá)到84.1%。

2.3.2" DH測試

選取光伏組件樣品1#，先對樣品的外觀進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)HJT太陽電池和EVA膠膜之間不存在分層現(xiàn)象；再將其放入溫度為85 ℃、相對濕度為85%的DH試驗(yàn)箱中進(jìn)行DH測試，其正背面的輸出功率衰減情況如圖6a所示。DH1000測試后，樣品正面的輸出功率減少了為5.80 W，背面的減少了1.79 W；然后再進(jìn)行DH3000測試，樣品正面的輸出功率7.87 W，背面減少了為9.83 W。樣品正面輸出功率總衰減量為13.67 W，背面總衰減量為11.62 W，則衰減率為2.6%。這表明在高溫高濕環(huán)境下樣品并未出現(xiàn)較大的輸出功率損失，因此銀包銅HJT光伏組件具有較好的可靠性。

考慮到銅柵線易受環(huán)境中微量氧氣、水汽、有機(jī)酸（醋酸）的氧化和腐蝕，導(dǎo)致銀包銅HJT 太陽電池出現(xiàn)可靠性問題，因此，本研究對經(jīng)過DH3000測試后的樣品性能進(jìn)行電致發(fā)光（EL）檢測，結(jié)果如圖6b所示。EL測試后樣品的EL圖像并未發(fā)現(xiàn)明顯的裂紋、黑斑等現(xiàn)象，進(jìn)一步證實(shí)了銀包銅HJT 光伏組件在濕熱情況下具有優(yōu)異的可靠性。

2.3.3" “DH1000+負(fù)載”測試

強(qiáng)風(fēng)和積雪都會對安裝在室外的光伏組件施加負(fù)載，因此對銀包銅HJT光伏組件在強(qiáng)風(fēng)和積雪天氣條件下的可靠性進(jìn)行研究，通過負(fù)載試驗(yàn)評估其的耐候性能。選取光伏組件樣品3#，在DH1000測試后，對樣品施加機(jī)械負(fù)載（機(jī)械負(fù)載共3個循環(huán)，每個循環(huán)為“正面施加5400 Pa負(fù)載+背面施加2400 Pa負(fù)載”），測試其輸出功率變化，結(jié)果如圖7a所示；然后對機(jī)械負(fù)載測試后的樣品進(jìn)行EL檢測，得到的EL圖像如圖7b所示。

從圖7可以看出：在施加機(jī)械負(fù)載后，樣品正、背面輸出功率均沒有明顯損失，其中正面輸出功率減少2.94 W（衰減率為0.68%），背面輸出功率增加0.52 W，表明樣品柵線并未發(fā)生變化。樣品的EL圖像未發(fā)現(xiàn)裂紋、焊帶偏移等現(xiàn)象，這與輸出功率測試結(jié)果一致，并且觀看其外表并未發(fā)現(xiàn)黃銅外漏的情況。這說明銀包銅HJT光伏組件在風(fēng)、雪天氣下都具有優(yōu)異的可靠性。

2.3.4" TC測試

將光伏組件樣品2#在-40～85 ℃之間分別進(jìn)行循環(huán)200次和600次TC測試后，測試其輸出功率變化，結(jié)果如圖8a所示；然后對TC測試后的樣品進(jìn)行EL檢測，得到的EL圖像如圖8b所示。

由圖8可以看出：在TC200測試后，樣品正面輸出功率增加了0.61 W，背面增加了0.06 W；再繼續(xù)TC600測試后發(fā)現(xiàn)，樣品的正面功率降低了3.12 W（衰減率為0.72%），背面降低了0.12 W（衰減率為0.03%）。TC600測試后樣品的EL圖像中并不存在異?，F(xiàn)象，說明銀包銅HJT光伏組件在溫度重復(fù)變化的環(huán)境中具有較優(yōu)的可靠性。

2.3.5" PID測試

PID測試是評估光伏組件可靠性的關(guān)鍵測試，對光伏組件樣品5#進(jìn)行PID測試，在85±2 ℃溫度、85±5%濕度條件下保持12～24 h，再通入-1500 V電壓，測試時間為192 h，測試后其輸出功率變化情況如圖9a所示。然后對PID測試后的樣品進(jìn)行EL檢測，得到的EL圖像如圖9b所示。

由圖9可以看出：在PID192測試后，樣品正面輸出功率損失為1.84 W，背面輸出功率損失為0.25 W；而在3次PID192測試后，其正面輸出功率僅損失了4.72 W（衰減率為1.09%），背面僅損失了2.29 W（衰減率為0.63%）。這說明，銀包銅HJT太陽電池的鈍化性能和銀包銅HJT光伏組件的封裝工藝均較優(yōu)；另外，由于HJT太陽電池表面上是導(dǎo)電TCO薄膜，電荷不會集中在太陽電池的表面，防止了柵線的腐蝕，因此銀包銅HJT光伏組件柵線未受到影響。

2.4" 銀包銅HJT太陽電池成本分析

本文銀包銅漿料的銀含量為50%，其價格是常規(guī)低溫銀漿的70%，其銀漿單瓦耗量（下文簡稱為“單耗”）較常規(guī)低溫銀漿的高5%左右。按照行業(yè)210 mm尺寸的常規(guī)HJT太陽電池單耗銀漿為220 mg左右、銀漿單價為7300元/kg（低溫銀漿單價按PERC銀漿單價+1500元/kg計(jì)算）計(jì)算，銀包銅漿料單耗為205 mg左右，銀包銅漿料價格是5110元/kg，太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率為24.37%，輸出功率為10.7 W?；谛袠I(yè)數(shù)據(jù)，采用不同柵線工藝時銀包銅HJT太陽電池中銀包銅漿料成本預(yù)測分析，如表3所示。

基于以上數(shù)據(jù)，當(dāng)HJT太陽電池片正、背面均采用低溫銀漿時，銀漿成本為0.132元/W，而當(dāng)正、背面均采用銀包銅漿料時，銀漿成本為0.098元/W，采用銀包銅漿料可使銀漿成本降低約25.8%。而當(dāng)正、背面均采用“無主柵+銀包銅漿料”工藝時，銀漿成本為0.066元/W，可使銀漿成本降低約50%，這是因?yàn)闊o主柵技術(shù)省去主柵線，節(jié)省了銀漿耗量。隨著技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)銀含量為30%的銀包銅漿料投入量產(chǎn)時，可大幅降低銀漿成本，目前銀含量為30%～45%的銀包銅漿料正在樣品測試階段。

3" 結(jié)論

本文通過對采用銀含量50%的銀包銅漿料制備的HJT太陽電池及光伏組件進(jìn)行綜合分析，研究了銀包銅柵線結(jié)構(gòu)及拉力性能、太陽電池電性能及光伏組件可靠性方面的表現(xiàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：采用銀包銅漿料制備的HJT太陽電池具有良好的性能，太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到24.37%，CTM達(dá)到97.3%；其制備的HJT光伏組件在DH3000測試后的輸出功率衰減率僅為2.6%，在TC600測試后的輸出功率衰減率僅為0.72%，在3次PID192測試后輸出功率衰減率僅為1.09%。此外，銀包銅相較于低溫銀漿可以節(jié)省25.8%的銀漿成本，若未來再結(jié)合無主柵技術(shù)，可使銀漿成本降低50%左右。

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RESEARCH ON APPLICATION OF LOW COST SILVER COVERED COPPER SLURRY IN HJT SOLAR CELLs

Zhao Guixiang，Yang Chuansu，Tang Lei，Zhang Zhongjian，Gao Ronggang，Zhou Xu

（CECEP Solar Energy Technology （Zhenjiang） Co.，Ltd.，Zhenjiang 212132，China）

Abstract：The high production cost restricts the development of HJT solar cells，with a relatively high proportion of metallization costs. Currently，the industry mainly achieves cost reduction of HJT solar cells through solutions such as silver coated copper slurry，non main grid technology，copper electroplating technology，and laser transfer technology. This paper describes the preparation of HJT solar cells using silver coated copper slurry with a silver content of 50%，and preparation into PV modules. The structure and tensile properties of the silver coated copper grid lines，the electrical performance of solar cells，and the reliability of PV modules are studied. The research results show that HJT solar cells and PV modules prepared using silver coated copper slurry have good performance，with a photoelectric conversion efficiency of 24.37% and a PV module CTM of 97.3%. The reliability tests are all qualified. In addition，compared with low-temperature silver paste，silver coated copper slurry can save the cost of silver paste，and if combined with non main grid technology，the cost of silver paste can be reduced by about 50%.

Keywords：HJT solar cells；metallization；silver covered copperslurry；electrical performance；reliability；grid line