突破24.3%！铜电极TOPCon：LECO+丝网印刷实现低成本替银

随着TOPCon电池成为主流晶硅电池技术，其 正面硼发射极的金属化复合 已成为效率提升的主要限制因素，同时双面银浆消耗导致成本居高不下。用更廉价且储量丰富的铜替代银是理想方案，但铜在高温烧结时易扩散进入硅基体，形成复合 中心 并引发漏电，过去难以实现可靠的丝网印刷烧穿型铜接触。 美能TLM接触 电阻 测试仪 是专用于太阳能电池电极优化中关键电学参数提取的 高精度 分析设备 ，具备 接触电阻率与栅线电阻双重测试 功能，为TOPCon电池等高效结构的电极材料优化与工艺改进提供可靠的量化依据。

本研究采用一种特殊的 可抑制铜扩散的烧穿型铜浆 ，并结合 LECO（激光增强接触优化）工艺 ，在n-TOPCon电池背面成功实现了 高效率丝网印刷铜接触 。通过优化烧结温度（530-535°C）和LECO偏压（17-19 V），铜接触的接触电阻率从300 mΩ·cm²以上降至约10 mΩ·cm²，同时保持了低金属诱导复合（25-45 fA/cm²）。最终制备的铜接触电池最高效率达 24.3% ，与全银参考电池的绝对效率差距仅0.2%，且经过1000小时高温或湿热测试后 性能稳定 。该工作为低成本铜金属化替代银提供了可行路径。

实验方法

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铜接触n-TOPCon电池的截面示意图及工艺流程

本研究基于标准工业TOPCon工艺制备电池：

首先，选用n型硅片，经 制绒 与 清洗 后形成电池前驱结构。前表面为约 300 Ω/□的硼扩散发射极 ，并采用Al₂O₃/SiNx进行钝化；背面为典型TOPCon结构（SiOx / n⁺ poly-Si / SiNx）。

在金属化工艺中：

正面采用银浆丝网印刷，并在约 700 ℃高温烧结 形成电极；

背面采用可烧穿铜浆，在 500–550 ℃低温烧结 ，以抑制铜向硅中扩散；

电池整体经历 “两步烧结” ：先Ag高温烧结，再Cu低温烧结。

随后，对所有电池进行 LECO处理 ，通过 调节反向偏压 优化接触性能。在表征方面，通过IV测试与EL成像评估电池性能，并结合 TLM方法 提取接触电阻，同时通过不同金属覆盖率分析金属诱导复合 电流 密度。

铜接触的烧结温度优化

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不同峰值温度下烧结的铜接触n-TOPCon电池的实测性能及电致发光（EL）图像

烧结温度对铜接触性能具有显著影响：

在较低温度（<520 ℃）下，电池串联电阻较高， EL图像出现大面积暗区 ，表明接触不良；

随着温度升高至 530–535 ℃ ，接触电阻显著降低（10 mΩ·cm²以下），填充因子与效率同步提升；

当温度进一步升高（>535 ℃）时，铜扩散加剧，导致 TOPCon钝化性能退化 ，表现为Voc与pFF下降。

因此，在接触形成与钝化保持之间存在明显权衡， 最佳烧结窗口为530–535 ℃ 。

LECO工艺优化

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经LECO工艺处理后铜接触n-TOPCon电池的性能参数（反向偏压 Vr ev：10–21 V）

在最佳烧结温度（530°C）基础上，对LECO参数进行优化：

在低反向电压（如13 V）下，虽然Voc与pFF较高，但串联电阻仍偏大；

随着电压提升至17–19 V，接触电阻明显降低，填充因子达到最优 。

当电压进一步升高至21 V时，器件性能反而下降，可能源于铜进一步渗入poly-Si甚至接触至硅基底，引发局部短路或 肖特基 效应。

TLM测试表明 ，LECO处理后接触电阻率由约 300 mΩ·cm² 显著降低至约 10 mΩ·cm² ，说明其对接触改善具有决定性作用。

铜接触与银接触的性能比较

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（a, b）银接触和铜接触n-TOPCon的金属接触分数与实测J₀₁、VOC的函数关系、（c）接触电阻率

银接触与铜接触n-TOPCon电池的性能对比

通过对比 Ag 与 Cu 两种金属体系，可以得到以下结论：

在复合特性方面，Cu接触的金属诱导复合电流密度略低于Ag，表明其在界面复合控制上具有一定优势；但在接触电阻方面， Cu约为Ag的10倍 ，需要通过增加金属覆盖率进行补偿。

在电池性能上：

Cu接触电池最高效率达到24.3%；

Ag接触电池为24.5%；

二者差距仅约0.2% 。 同时，两者的Voc与pFF基本一致，说明 Cu接触并未显著损伤钝化质量 。

采用背面银金属化与铜金属化制备的最佳n-TOPCon电池性能对比

铜接触界面的微观结构分析

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LECO处理前（a）后（b）铜接触n-TOPCon界面的微观结构和成分图像（STEM和EDX）

利用STEM和EDX对LECO处理前后的铜接触界面进行了观察。处理前，玻璃层与多晶硅之间存在较厚且不均匀的SiNx残留，导致接触不良。 LECO处理后，多晶硅表面的铜胶体密度显著增加 ，并在 SiNx 较薄或缺失的区域形成了更多的铜微晶。这些富铜微晶被限制在多晶硅层内，未到达隧道氧化层，因此不会引起钝化退化或分流。 LECO产生的局部焦耳热促进了这一结构的形成，从而显著降低了接触电阻 。

铜接触的耐久性和稳定性

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（a, b）铜接触n-TOPCon在加速热应力下 Voc 和 pFF的稳定性、（c）铜接触n-TOPCon微型组件的效率稳定性

在可靠性测试中，铜接触TOPCon电池表现出良好的稳定性：

在200°C氮气氛围中干热处理1000小时， Voc与pFF基本保持不变 （归一化值分别为 1.004 和 1.005），说明 未发生明显的铜扩散或复合劣化 。

在 85 ℃ / 85%湿热测试 中，基于该电池制备的微型组件在1000小时后仍保持接近初始效率，表明其 具备良好的组件级可靠性 。

本研究成功实现了 背面采用丝网印刷烧穿型铜接触 、 正面采用银接触的 n-TOPCon 电池 ，最佳效率达到 24.3% ，与全银参考电池的绝对效率差距仅为0.2%。 铜接触表现出略优的金属诱导复合特性，但接触电阻率约为银接触的 10 倍 ，这是当前效率差距的主要原因。通过 优化栅线设计、烧结温度和LECO条件 ，可以弥补这一差距。铜接触电池及其微型组件在 1000小时的热处理或湿热测试中均表现出优异的稳定性。该技术为降低 TOPCon 电池的银耗量、实现低成本铜金属化提供了可行路径。

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美能TLM接触电阻测试仪 通过测量不同间距下传输线模型的总电阻并线性拟合，精准提取接触电阻率。该测试方法在本研究中发挥了关键作用：优化前铜接触电阻率高达300 mΩ·cm²以上， 经最佳烧结（530-535°C）和LECO处理后显著降至约10 mΩ·cm² ，而银接触更低至约1 mΩ·cm²。 TLM测试 为优化金属化工艺、降低接触电阻并实现24.3%的铜接触n-TOPCon电池效率提供了重要数据支撑。 原文参考：>24% screen prin te d Cu cont ac ted n-TOPCon solar cells with successful implementation of LECO process

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