TOPCon太阳能电池金属接触失效机制：基于加速湿热测试的钠盐影响

TOPCon太阳能电池因其高效率（>25%）和成本效益，逐渐成为光伏市场的主流技术。然而，其在湿热环境下的可靠性问题（如金属接触腐蚀）尚未完全解决。

通过加速湿热测试（85°C和85%相对湿度，DH85）发现在不同钠相关盐的影响下，对TOPCon太阳能电池的前侧和后侧接触都有显著影响，导致效率降低和接触电阻增加。美能TLM接触电阻测试仪可以精确测量电池前侧和后侧的接触电阻率（ρc），并结合线电阻测量，全面评估了金属接触的退化情况。

具体测试步骤

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TOPCon电池结构示意图

前侧：金字塔纹理（增加光的吸收，减少反射）、硼扩散发射极（用于形成p-n结）、钝化层。

后侧：隧道硅氧化物（减少接触处的复合）、磷掺杂多晶硅层（与隧穿层形成n型TOPCon结构）、钝化层

金属接触：前侧金属接触：由银（Ag）和铝（Al）组成，用于电流的收集和传输；后侧金属接触：仅由银（Ag）组成，用于电流的收集和传输。

实验流程图

清洗：所有太阳能电池在实验前使用去离子水（DIW）清洗，并用氮气枪快速干燥，以确保电池表面清洁。

盐溶液喷涂：用NaHCO₃和NaCl的溶液进行喷洒，然后在通风橱中自然干燥。

湿热测试（DH85）：在85°C和85%相对湿度的环境中进行湿热测试。

接触电阻测量：使用转移长度法（TLM）测量前侧和后侧的接触电阻（ρc）。

电池性能测量

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不同实验组在DH85 测试中电学参数的变化

初始性能和DH85测试后的电学参数变化

对照组的稳定性：对照组在100小时的DH85测试中表现出良好的稳定性，PCE仅下降了0.44%。这表明在没有额外污染物的情况下，TOPCon太阳能电池在湿热条件下相对稳定。

NaHCO₃的影响：前侧：NaHCO₃导致Rs显著增加，PCE下降了5.2%。后侧：NaHCO₃对后侧的影响更为严重，导致Rs大幅增加和Voc下降，PCE下降了16.0%。

NaCl的影响：前侧：NaCl对前侧接触的破坏性极大，导致Rs大幅增加，Jsc显著下降，PCE下降了92%。后侧：NaCl对后侧接触的影响相对较小，主要表现为Voc的轻微下降，PCE下降了3.7%。退化机制：

前侧接触退化：NaCl和NaHCO₃都导致前侧接触的Rs显著增加，表明这些盐可能通过氧化还原反应影响金属接触的稳定性。

后侧接触退化：NaHCO₃导致后侧接触的Rs增加和Voc下降，表明其可能通过影响钝化层和金属接触的界面稳定性来降低电池性能。

不同实验组在DH85测试后PL成像和Rs成像

DH85测试后TOPCon电池的PL强度和平均Rs变化

对照组的稳定性：对照组在100小时的DH85测试中表现出良好的稳定性，PL强度和Rs变化均较小。

退化机制：

前侧接触退化：NaCl和NaHCO₃都导致前侧接触的Rs显著增加，表明这些盐可能通过氧化还原反应影响金属接触的稳定性。

后侧接触退化：NaHCO₃导致后侧接触的Rs增加和载流子复合显著增加，表明其可能通过影响钝化层和金属接触的界面稳定性来降低电池性能。

电阻性能测量

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不同DH85 测试时长下的接触电阻率变化

前侧接触的影响：NaCl对前侧接触的影响最为严重，导致接触电阻率急剧增加，这可能是由于NaCl引起的严重化学腐蚀。NaHCO₃对前侧接触的影响也较为显著，但不如NaCl严重。

后侧接触的影响：NaHCO₃对后侧接触的影响较为显著，导致电阻率大幅增加。NaCl对后侧接触的影响较小，后侧接触在湿热条件下相对稳定。

对比发现，正面接触更容易受到湿热环境和钠盐的影响，其中NaCl对正面接触电阻率的影响最为突出；背面接触相对稳定，但NaHCO₃仍会导致其接触电阻率上升。

正面和背面的线电阻测量结果

正面线电阻：在湿热环境下，NaHCO₃和NaCl 的存在均会使正面线电阻上升，其中NaCl 的影响更为显著。由于 NaCl 引发了更强烈的化学反应，对正面金属接触结构造成较大破坏，导致电子传输受到更大阻碍，从而使线电阻增大。

背面线电阻：相比正面，背面线电阻变化较小，且NaHCO₃和NaCl 处理后的线电阻与对照组差异不明显。背面结构相对稳定，能够较好地维持电子传输性能。

线电阻的变化也会影响电池的整体电学性能，对串联电阻产生贡献，进而影响电池的功率转换效率等关键指标。

Griddler软件模拟前端电阻损失

呈现出不同钠盐处理后，接触电阻率在正面电阻损失中占据主导地位，进一步证实，在湿热环境下，NaHCO₃和NaCl主要通过影响正面金属接触的接触电阻率，进而导致太阳能电池的串联电阻增加，最终影响电池的性能。

本文通过加速湿热测试（85°C，85%相对湿度，DH85）探讨了TOPCon太阳能电池金属接触在钠盐（NaHCO₃和NaCl）污染下的失效机制。结果表明，NaCl对前接触的腐蚀更为严重，导致功率转换效率（PCE）下降约92%，主要原因是串联电阻显著增加和电流提取不足。而NaHCO₃对后接触的影响更显著，导致PCE下降约16%，这与碱性环境导致的界面氧化密切相关。

美能TLM接触电阻测试仪

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美能TLM接触电阻测试仪所具备接触电阻率测试功能，可实现快速、灵活、精准检测。

静态测试重复性≤1%，动态测试重复性≤3%

线电阻测量精度可达5%或0.1Ω/cm

接触电阻率测试与线电阻测试随意切换

定制多种探测头进行测量和分析

通过使用美能TLM接触电阻测试仪可以精确测量TOPCon电池前侧和后侧的接触电阻率（ρc），并结合线电阻测量，全面评估了金属接触的退化情况。

原文出处：Unveiling the origin of metal contact failures in TOPCon solar cells through accelerated damp-heat testing

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