钝化接触时代的金属化浆料技术展望

TOPCon发展迅猛，组件可靠性改善迎来新助力

光伏行业一直以来都积极拥抱技术革新，追逐更高光电转化效率和更低度电成本。 TOPCon 电池自 2022 年开始规模化量产以来，凭借高性能、低成本的优势快速抢占 p 型电池市场。 TOPCon 量产测试效率在短短 2 年的时间里从 24.5% 已大幅提升至 26.5% ，相对于传统 PERC 电池， TOPCon 电池的效率提升主要来自开路电压 Voc ，而 Voc 的提升在 TOPCon 电池结构中主要来自于背面隧穿氧化层 /n-Poly 层的卓越钝化效果，以及正面 AlOx/SiNx 膜层对 p+ 发射极的钝化。

初代量产 TOPCon 电池正面使用的金属化浆料为银铝浆，铝粉在烧结后促进形成的银铝倒刺结构可以提供良好的欧姆接触，很好地解决了 p+ 发射极的接触难题。但形成银铝倒刺所需的浆料成分在烧结过程中会不可避免的造成大面积的电池钝化膜损伤，引入过度的金属化复合，该致命问题带来的 Voc 和效率损失极大程度的限制了 TOPCon 电池的效率的持续提升。

2023 年 LECO( Laser Enhanced Contact Optimization) 激光增强接触优化(或激光载流子注入)技术在 TOPCon 电池上实现了规模化量产并已成为产业标配。该项技术配合特种金属化浆料： 1 ）在电池烧结过程中可控的局部性打开钝化层，最大化的保护 p+ 面的钝化效果以提升 Voc ，此时的电池片仍为半成品，金属栅线与晶硅接触极其微弱； 2 ）在烧结后对电池片增加激光照射 + 施加反向偏压处理工序，促使高密度电流流经因烧结不充分形成的高接触电阻的触点，产生的瞬时局部高温改变了不良触点的物理结构(如图 1) ，在绒面的金字塔尖部形成尺寸显著小于传统银铝浆倒刺的良性触点，从而大幅降低银栅线 - 晶硅接触电阻率。 LECO 技术解决了 TOPCon 电池金属复合与欧姆接触难以平衡的最大金属化痛点，可同时提升电池片 Voc 与 FF ，带来 0.3~0.6% 的电池效率直接增益，也为 TOPCon 电池超高方阻硼扩散工艺的优化提效打开了广阔空间。

（图 1 ） TOPCon+LECO 处理的电池片，通过选择性刻蚀去除金属栅线与玻璃层后的 SEM 形貌图

值得一提的是，常规 TOPCon 银铝浆在 LECO 作用下几乎不会额外产生效率增益，这也证明了 LECO 特种浆料在烧结过程对钝化层的刻蚀程度、不良触点的形成数量及尺寸的调控对最终电池片性能而言至关重要。索特 Solamet® 凭借多年的研发积累，以及与设备厂商、电池厂商的紧密合作，在 2023 年成为了全球首家实现 TOPCon LECO 专用浆料 PV3NL 规模化量产的材料供应商，为该项技术的推广普及做出了突出贡献。

TOPCon 电池的另一个痛点是高银耗。与 p 型 PERC 电池背面使用铝浆不同， TOPCon 电池正背面、主副栅都要使用含银浆料。 TOPCon 正背面网版薄膜化、细线化成为了降低电池银耗量的主要途径。 TOPCon LECO 专用浆料的去铝化显著改善了栅线电阻， LECO 技术也使得银 - 硅接触得到大幅改善，这两点变化都为丝网印刷网版细线化打开空间。

随着电池厂商将 PERC 电池网版细线化的经验成功应用到 TOPCon 电池上，以 182 尺寸 TOPCon 电池片为例，目前的银浆用量已经从量产化初期的 140+mg/ 片大幅缩减至约 80mg/ 片，降重幅度超 40% 。在此基础上，索特 Solamet® 最新推出的 89% 低固含量 TOPCon 背银产品 PV6NL 可实现单片背银耗量下降 5~10% 的同时，效率提升 0.03~0.05% ，进一步助力 TOPCon 降本增效。

根据 2024 年 6 月 PVEL 光伏独立测试实验室( Kiwa) 发布的组件可靠性评测报告，参与评测的全球 53 家光伏企业组件产品，双玻 TOPCon 组件的 DH 2000 小时通过率为 85% ，而单玻 TOPCon 组件仅为 46% 。从该份报告可以看出，早期 TOPCon 技术的耐湿热老化性能仍是短板。 Xinyuan Wu 等人在 Solar Energy Materials and Solar Cells 发表的题为 Enhancing the reliability of TOPCon technology by laser-enhanced contact firing 文章中证明了 LECO 技术中无铝银浆的使用，可以显著改善电池组件在 DH( 湿热循环) 1000 小时的衰减表现。

由于组件 DH 测试时间普遍较长，电池厂商通常采用电池醋酸腐蚀试验作为组件 DH 测试的加速模拟。在几小时内对密封环境下的电池片施加醋酸蒸汽 / 溶液腐蚀。这项测试逐渐成为行业内单玻组件电池的重要评测项目，但各家加严测试方法及标准并不完全一样，五花八门的评测标准与实际组件的可靠性对应性仍需要更多的数据证明和机理探索，而金属化浆料在这一过程中一直在努力实现效率不损失的同时提升电池 / 组件可靠性。

HJT历史悠久，提效降本正当时

从 1970s 科学家首次提出异质结 HJT 结构至今， HJT 结构已经历了超过 50 年的发展历史，隆基也将 n 型 HJT 电池实验室光电转化效率世界纪录推高至 26.8% 。作为一项颠覆性的低温钝化接触电池技术， HJT 凭借着效率高、工序简单、薄片化潜力大、抗光衰能力强、双面率高等诸多优点，被很多投资者看好。但其设备投资成本昂贵、银浆耗量高等挑战，使得产业化规模目前仍低于主流的 TOPCon 电池技术。

传统高温电池通常要经历 700-800 ℃的金属化过程来实现银 - 硅欧姆接触， 而 HJT 电池金属化过程仅允许采用低于 200 ℃的低温工艺，以保护电池膜层结构不被破坏。在工业化量产中， HJT 电池金属化过程最常采用的仍为丝网印刷 + 低温烧结技术，这也对 HJT 电池金属电极与 TCO 薄膜之间粘结强度、接触电阻，以及金属电极本身的栅线电阻等性能提出了较高要求。同时为了解决成本问题， HJT 电池厂家已经在大力推动银包铜浆料的开发和应用，以降低金属化成本，提升技术竞争力。但银包铜浆料由于铜的引入，导致栅线电阻变差，同时如何保护铜材料避免其裸露氧化，保证电池、组件可靠性，也是原材料、浆料和电池组件厂商共同关注的话题。

IBC电池，乘钝化接触之风扶摇而上

IBC 电池结构一直是高效率电池的代表，其领先的效率得益于金属电极以叉指状排列在电池背面，而正面是无栅线遮挡的高吸光面积和美观的结构设计。随着硅片与电池技术从 p 型 PERC 到 n 型 TOPCon 的转型， IBC 电池为了追求更高效率，提升竞争力， p-IBC 已逐渐成为过去式，基于全钝化接触概念的 n-TBC(TOPCon+BC)/HBC (HJT+BC) 会是未来的主流 IBC 技术发展方向。而 TBC 与 HBC 的竞争实质上是 TOPCon 和 HJT 在 IBC 电池结构平台上的进一步升维竞争。

IBC 电池双面率较低、生产工序与互联工艺复杂、技术壁垒高等因素限制了该项技术的发展速度和应用场景。目前隆基、爱旭两家龙头企业坚定布局 n-TBC 技术，而市场上 HBC 技术仍处于研发储备阶段，产业化速度及规模慢于 n-TBC 。

从电池的浆料金属化角度而言 , HBC 的浆料需求与 HJT 较为类似，而 n-TBC 的浆料需求与 TOPCon 相比差异较大。 IBC 电池栅线都在电池背面，对浆料控线能力需求下降。过往由于浆料体系和电池制程工艺的差异， HJT 浆料控线能力远弱于 TOPCon 正面浆料， IBC 电池对浆料控线能力需求的下降对 HBC 而言是一种较大解放。

n-TBC 电池的主要难点在 p-Poly 的接触上， p+ 区由于缺少自由电子，在烧结过程中很难与熔在玻璃中的 Ag+ 发生氧化还原反应形成接触位点(银微晶)，在 TOPCon 电池结构中这一问题通过叠加 LECO 技术或使用银铝浆来明显改善。但由于 IBC 电池的特殊结构，金属电极在电池背面 n 、 p 区呈叉指状交叉存在，间距很小，如叠加 LECO 技术可能会导致漏电发生。同时，由于金属化区域 Poly 层的存在，无法通过使用银铝浆的方法改善接触，因此 p-Poly 的接触无法通过借鉴现有的 TOPCon p 区金属化方案来解决，接触挑战非常大，需要开发独特的无机体系以实现 p-Poly 区域金属复合与欧姆接触的平衡。同时由于 n-Poly 、 p-Poly 同温度共烧，对两区浆料的烧结匹配性又提出了更高要求。

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钙钛矿晶硅叠层电池，“勇冠三军”下的现实挑战

单结晶硅太阳电池理论光电转化效率不超过 29.4% ，而钙钛矿晶硅叠层电池理论光电转化效率极限可达 43% 左右。许多类型硅基电池也都可以被用作钙钛矿叠层电池的底电池，如 PERC 、 TOPCon 、 HJT 、 IBC 等。 2024 年，隆基将 M6 大尺寸晶硅 - 钙钛矿叠层电池光电转化效率纪录提高到了 30.1% ，而小尺寸的晶硅 - 钙钛矿叠层电池纪录也是由隆基保持的 34.6% ，展现了无与伦比的光电转化效率潜力。但从目前钙钛矿或钙钛矿晶硅叠层电池的产业化实践看，仍面临材料体系稳定性、大面积生长钙钛矿膜层、叠层设计与实施等众多挑战，其中金属化将再一次成为制约钙钛矿晶硅叠层电池大规模量产的关键瓶颈因素。考虑到钙钛矿材料体系的特殊性，电镀金属化很难应用于钙钛矿晶硅叠层电池，因此导电浆料金属化需要再一次进化突破，带领行业进入钙钛矿光伏新时代。

自 2009 年推出全球首款商业化 CIGS 薄膜电池低温导电浆料开始， Solamet® 十几年来持续在低温浆料领域深入研发， 2021-2023 年陆续开发出了钙钛矿晶硅叠层电池专用的热塑性超低温固化银浆 PV43B ，以及热固性超低温固化银浆 PV43C 。索特 Solamet® 超低温固化银浆在体电阻率、接触电阻等表征数据上均得到了海内外客户的高度认可。目前索特 Solamet® 创新的超低温金属化浆料，已经成为全球多家客户钙钛矿叠层电池开发的标准浆料。

传统 HJT 低温浆料(固化温度 200℃ 左右)如果应用于钙钛矿叠层电池(基本固化温度要求 130℃) ，体电阻率会急剧上升 4-5 倍，并且伴随接触电阻的急剧上升，导致填充因子大幅下降。索特 Solamet® PV43B 及 PV43C 银浆则能够在低于 130℃ 固化时依然保持良好的体电阻率( 5-8 µΩ.cm ，图 2) 。 PV43B 和 PV43C 也有特性上的不同，可以让客户针对各自不同的需求来做选择，其中固化温度窗口是一大主要差异(图 3) 。 PV43B 有极佳的固化温度窗口，可以低至 90-100℃ ，而 PV43C 则具有更好的线型高宽比，客户可以针对自身固化温度、线型及线电阻要求来选择适配的型号 ( 图 4) 。索特 Solamet® 丰富且差异化的产品组合设计，有助于不同客户在研发、中试、量产阶段根据不断演化的技术需求进行适配评估，加速钙钛矿叠层电池技术发展。

（图 2 ）不同固化条件下 PV43B 、 PV43C 超低温银浆与异质结低温银浆 PV42A 的体电阻率差异

（图 3