采用无银金属化工艺，实现效率23.08%的铜金属化异质结太阳能电池

硅异质结（SHJ）太阳能电池因其高转换效率、高开路电压和低温度制程等优势，已成为前景广阔的光伏技术，预计市场份额将持续增长。然而，其低温（<250°C）工艺严重依赖低温银浆进行金属化，这带来了核心挑战：低温银浆不仅电阻率高、需用量大，更是电池中最昂贵的非硅材料，其日益增长的需求和价格已成为制约SHJ技术成本竞争力和可持续发展的关键瓶颈。若不能大幅降低银耗，将阻碍光伏产业的太瓦级扩张。美能AVT-4030网版智能影像测试仪集成多检测功能，实现光伏丝印网版高精度质检，是QC人员理想助手。

本研究聚焦于采用铜浆及银铜混合浆料，通过丝网印刷和点胶这两种适用于工业化生产的技术，系统评估其作为银浆替代方案在SHJ电池上的应用可行性与性能表现，旨在为降低电池成本和推动产业可持续发展提供关键技术路径。

实验方法

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不同金属化浆料的双面硅异质结（SHJ）太阳能电池结构示意图

本研究以M2尺寸（244.32cm²）、厚度约135μm的无金属化SHJ电池为基地（含 a-Si:H p/i/n 层与 TCO 涂层，与实验室自制电池结构一致）。实验分三步：先测试三种浆料（银、银铜、铜）的单面膜印刷性能；再探究退火条件对电池的影响；最后实现正背面金属化并测试性能：

指状电极印刷研究：对比银、银铜、铜三种浆料通过丝网印刷和点胶印刷所制备栅线的几何尺寸（宽度、高度、高宽比）和电学性能（线电阻、接触电阻、体电阻）。

退火影响评估：在应用铜浆前，先研究不同退火条件（包括铜浆所需的300°C/5s）对电池性能的影响，并考察光注入对效率损失的恢复作用。

电池性能测试：将不同浆料组合（前侧：银/银铜/铜；后侧：银/铜）应用于电池的正反面，测量其电流-电压特性参数和电致发光图像，以评估最终性能。

指状电极印刷性能分析

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指状电极的显微图像（a）银丝网印刷指状电极（b）银铜丝网印刷指状电极（c）铜丝网印刷指状电极（d）铜点胶指状电极

几何形貌：银铜浆栅线宽度与银浆相近，铜浆栅线因网版开口更大而更宽。点胶铜栅线最宽，但均匀性、连续性更佳。

不同浆料与印刷工艺的指状电极线电阻（LR）随宽度（w）的变化关系

电学性能：铜浆栅线的线电阻、接触电阻率和体电阻均显著高于银浆和银铜浆。银铜浆性能介于二者之间。点胶技术因其均匀性，能获得较低的线电阻。

银、银铜、铜三种浆料指状电极的电学性能与几何参数

银耗量：使用银铜浆可使正面银耗量从35.45 mg（纯银浆）降至16.80 mg，而使用铜浆则银耗量为零。

退火稳定性

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SHJ电池在不同退火条件下的效率变化a）5s 退火时间下，不同温度（280℃、320℃、360℃）的效率（b）300℃退火温度下，不同时间（5s、20s、40s）的效率

SHJ电池在280°C/5s退火后保持稳定。超过此温度，效率因钝化层劣化而下降，但光注入可部分恢复损失。在铜浆标准退火条件（300°C/5s）下，效率暂降0.2%，光注入后可完全恢复。更严苛的退火条件则导致不可逆衰减。证明了该工艺与SHJ电池的兼容性。

不同浆料金属化对电池性能的影响

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不同正背面金属化组合的SHJ电池IV参数a：η、b：Voc、c：Jsc、d：FF、e：Rs、f：pFF

背表面影响：以背表面银浆为基准，替换为铜浆（无论丝印或点胶）会导致效率下降，但点胶铜浆的性能下降幅度小于丝网印刷铜浆，这得益于其更好的覆盖和接触。

正表面影响：正面使用银铜浆的电池表现出更高的短路电流和开路电压，其效率甚至略高于正面使用纯银浆的电池。正面使用铜浆则因较高的串联电阻和光学遮挡导致效率较低。

冠军电池：

不同金属化组合的冠军SHJ电池IV参数汇总

前银铜浆/后银浆：效率23.95%（增效0.16%）

前银铜浆/后铜浆：效率23.62%（银耗降70%，效率仅损0.35%）

双面铜浆：效率23.08%（实现完全无银化）

突破性结果：双面均使用铜浆丝网印刷的电池实现了平均22.4%、最高23.08%的效率，这是无银SHJ电池技术的一个重要里程碑。

SHJ电池的EL图像：a）参考组银双面膜电池；b）铜正面 SP + 银背面 SP 电池；c）银正面 SP + 铜背面 SP 电池；d）双面铜 SP 电池

EL分析：电致发光图像显示，铜金属化电池边缘存在暗区，表明铜栅线与TCO的接触质量仍有优化空间，这是未来提升效率的关键点。

本研究成功验证了银铜浆和铜浆在SHJ电池中替代银浆的可行性。银铜浆在维持高效率的同时能大幅减少银用量；双面铜浆方案更是实现了完全无银化且效率超过23%。点胶技术在处理铜浆方面展现出优势。为实现铜基浆料的全面应用，后续需重点优化其印刷工艺、烧结流程和接触可靠性。这项研究为SHJ电池的低成本、可持续发展提供了明确的技术路径。

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美能AVT-4030网版智能影像测试仪集成尺寸、缺陷、膜厚、张力检测为一体，实现了光伏丝印网版高精度、高效率、全方面缺陷检测和线宽线距及涨缩测量，是质量控制QC人员理想的质检助手。

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高精度测量：支持PAD点搭接、Mark点圆直径等关键尺寸测量，精度达±1μm

美能AVT-4030网版智能影像测试仪通过尺寸-缺陷-膜厚-张力的集成检测，为文中”无银 / 低银 SHJ 电池“的性能突破（如 23.6% 效率）提供了网版层面的质量保障，是连接材料创新与工艺落地的核心工具。

原文参考：Achieving High Efficiencies for Silicon Heterojunction Solar Cells Using Silver-Free Metallization

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