傳統減銀策略主要依賴印刷更細的柵線，但受限于絲網印刷物理極限，當線寬接近20微米時進一步降耗難度大增。本文提出一種銀節約型兩步印刷法：首先印刷少量傳統銀漿形成間斷的點狀接觸層，確保高質量金屬/硅界面；隨后在其上印刷僅負責導電的銀節約型柵線（如銅基漿料）。

通過美能PL/EL一體機測試儀等先進診斷表征界面質量實驗表明，后側銀使用量減少了85%，整個電池的銀消耗量降至7 mg/W，效率損失僅為0.1-0.2%。通過進一步優化打印和燒結工藝，預計可以實現與工業標準銀金屬化設計相當的效率。該研究為TOPCon 太陽能電池的可持續和成本效益制造提供了可行的解決方案。

低銀絲網印刷接觸電極的設計

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本研究采用兩步印刷的雙層金屬化設計，核心是先印刷少量傳統銀漿作為種子層，實現與硅表面的優質接觸，再在種子層上印刷低銀/無銀漿料制備浮式指柵，僅承擔導電功能。該設計讓低銀漿料無需滿足與硅的界面兼容性要求，大幅降低了漿料研發門檻，主要分為連續銀種子層和點狀銀種子層兩種構型。

采用連續銀種子層和點狀銀種子層的節銀金屬化設計示意圖

連續銀種子層：將傳統銀漿印刷為連續指柵并降低印刷高度至 5μm，可使 TOPCon 電池銀耗從工業級 10~12mg/W 降至5mg/W以下，且表層低銀指柵的導電貢獻可避免指柵線電阻顯著上升，僅需保證薄銀層的印刷均勻性，以適配激光增強接觸優化（LECO）處理。

TOPCon太陽能電池中銀耗量隨銀接觸電極覆蓋面積和印刷高度的變化關系

點狀銀種子層：將銀漿印刷為間斷的點狀接觸結構，置于低銀指柵下方，從接觸面積維度進一步降銀。當銀點覆蓋電池總面積 1% 時，銀耗有望降至 2mg/W 的超低水平，且銀點覆蓋面積可通過調整間距靈活調控，工藝優化性遠優于傳統連續指柵（后者需縮窄至 10μm 以下才能實現同等覆蓋面積）。

模擬得到的采用標準銀細柵和銀點的TOPCon太陽能電池的效率以及來自接觸復合、接觸電阻和橫向電阻的功率損失

為驗證點狀銀種子層對電池性能的影響，本研究采用 Quokka 3 軟件，基于工業級 TOPCon 電池參數開展數值模擬，核心結論如下：

點狀構型的小金屬 - 硅界面面積，可顯著抑制接觸復合損失（尤其在電池正面），但會帶來接觸電阻上升的問題，0.75%~1% 的銀點覆蓋面積可實現二者損失的平衡，不會引發電池效率顯著下降；

電流集膚效應主要取決于銀點間距而非覆蓋面積，小尺寸銀點搭配小間距的設計，可將該效應降至可忽略水平；

仿真顯示，1% 覆蓋面積的銀點構型，僅背面應用時電池效率降幅小于 0.03% 絕對值，正面應用時效率甚至微升 0.06% 絕對值，證明該設計可在降銀的同時保證電池效率，無明顯性能折損。

低銀金屬化設計的TOPCon電池制備

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銀節約金屬化TOPCon電池制備工藝流程

（左）采用節銀金屬化制備的TOPCon太陽能電池背面的照片。（右）顯示節銀金屬化設計中銀點和銅細柵細節的光學顯微鏡圖像和橫截面掃描電子顯微鏡圖像

本研究以182×182mm2 的工業級 TOPCon 電池前驅體為基底，采用不同低銀金屬化方案制備 5 組實驗電池，以正背兩面均為標準銀指柵的電池為參比樣，所用漿料包括 TOPCon 專用燒穿型銀漿、銀包銅漿（Ag-Cu，銀含量 30%~40%）、光伏專用純銅漿、PERC 電池用高溫鋁漿，核心制備工藝為絲網印刷 - 共燒 / 固化 - LECO 處理，同時通過 I-V 測試、SEM/EDS 表征、轉移長度法（TLM）等手段，分析電池的光電性能、界面微觀結構與接觸電阻。

基于低溫銅基漿料的低銀金屬化效果

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采用不同方案制備的大面積TOPCon太陽能電池的I-V參數：標準銀細柵（參考組）、背面銀點+銀包銅細柵（組1）、背面銀點+銅細柵（組2）、雙面銀點+銀包銅細柵（組3）、雙面銀點+銅細柵（組4）

采用不同金屬化設計制備的TOPCon電池的銀耗量

低溫銅基漿料（銀包銅漿、純銅漿）因固化溫度低，與銀點的工藝兼容性較好，是本次研究的核心低銀漿料選擇，實驗結果主要分為兩類：

僅背面應用點狀銀點 + 銅基指柵：電池平均效率達 24.95%~25.05%，與參比樣相比僅微降 0.1%~0.2%，效率損失主要源于填充因子（FF）小幅下降（0.5%~1%），核心原因是背面銀點的小界面面積導致接觸電阻上升，而銅基漿料的線電阻率低至 5~7μΩ?cm，指柵電阻對電池性能無明顯影響。銀耗方面，背面銀點涂覆量僅 8.8mg / 片（1.1mg/W），較傳統設計降銀 85%，搭配純銅指柵后電池總銀耗降至 7mg/W，較工業級降幅約 40%；即使搭配銀包銅漿，銀耗也降至 9~10mg/W，仍實現 15% 以上的降銀效果，且未來銀包銅漿銀含量進一步降低后，降銀潛力更大。

正背兩面均應用點狀銀點 + 銅基指柵：實現了2mg/W 的超低銀耗，較工業級降幅約 85%，但電池效率未達預期（銀包銅漿組 24.3%、純銅漿組 21.3%~22.3%）。效率偏低的核心原因包括：銅基指柵線寬達 40~60μm，遠寬于標準銀指柵的 23μm，光學遮光損失顯著；正面銀漿流變性導致銀點實際覆蓋面積僅 0.4%~0.5%，遠低于 1% 的目標，小界面面積引發高接觸電阻，加劇填充因子損失；純銅漿組還存在指柵與銀點對準偏差、邊緣分流等工藝問題。

基于（左）本實驗中雙面采用銀點和銀包銅細柵制備的TOPCon電池，以及（右）采用目標細柵寬度和正面銀點覆蓋面積的TOPCon電池的模擬功率損失和模擬I-V參數

針對雙面設計的效率瓶頸，數值模擬顯示：若將銅基指柵線寬降至 23μm、正面銀點覆蓋面積提升至 1%，電池效率可恢復至 25% 左右，僅較參比樣低 0.1%，證明該設計在工藝優化后，可實現超低銀耗與高效率的兼顧。此外，將該設計應用于全背接觸（BC）電池，可規避正面指柵的遮光問題，是重要的應用拓展方向。

基于高溫鋁漿料的低銀金屬化問題

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背面采用標準銀細柵（參考組）和銀點+鋁細柵（組5）制備的TOPCon太陽能電池的I-V參數

高溫鋁漿料因工藝流程簡單、與現有工業產線兼容性好，成為低銀漿料的另一選擇，本研究嘗試了背面銀點+鋁指柵的設計，但共燒過程中發現銀點與鋁指柵存在嚴重的負向相互作用，導致電池效率大幅折損：電池開路電壓最大降幅 25mV，填充因子下降超 10%，平均效率僅 21.5%，較參比樣損失 3.5%。

（上）銀點下方金屬/硅界面的橫截面掃描電子顯微鏡圖像。（下）在不同位置測量的能量色散X射線能譜圖。成像前已通過化學方法去除了銀點和鋁細柵

(a) 制備的電池背面傳統銀細柵以及銀點+鋁細柵的測量接觸電阻。(b) 采用銀點和鋁細柵制備的TOPCon電池的開路光致發光PL圖像和 (c) 背面接觸電阻分布圖。感興趣區域1 (d) 和感興趣區域2 (e) 的掃描電子顯微鏡圖像。(d) 和 (e) 中的橙色虛線圓圈用于指示銀點的位置和尺寸

通過 SEM/EDS 對金屬 - 硅界面的表征發現，高溫共燒時熔融鋁會穿透銀點的物理隔離，到達銀點與多晶硅層的界面，形成寬 12μm、深 6.5μm 的金屬蝕刻坑，且鋁會擴散至體硅區域。該蝕刻坑直接穿透了 TOPCon 電池背面的 SiOx / 多晶硅鈍化疊層（僅 100nm 厚），導致表面鈍化質量嚴重受損，界面飽和電流密度達 1500~4500 fA/cm2，是傳統銀指柵的 40~100 倍。同時，銀 - 鋁相互作用還使接觸電阻提升 80 倍，進一步加劇了填充因子的下降。

要解決這一問題，需對銀漿和鋁漿進行協同研發：一方面改性鋁漿，通過優化玻璃相體系或采用高熔點鋁顆粒，減少熔融鋁的逸出；另一方面優化銀點微觀結構，形成致密無孔洞的結構，阻擋熔融鋁向金屬 - 硅界面滲透。

本研究為 TOPCon 電池的絲網印刷金屬化降銀提供了貼合工業實際的可行方案，既充分利用了現有絲網印刷的產業化基礎，又大幅降低了低銀漿料的研發與應用門檻，不僅能有效控制 TOPCon 電池的制造成本，還能緩解光伏太瓦級量產對銀資源的依賴，推動光伏產業向更可持續、低成本的方向發展。同時，該設計也為后續低銀 / 無銀漿料的研發指明了方向，為光伏金屬化工藝的降銀升級提供了重要的技術支撐。

美能PL/EL一體機測試儀

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美能PL/EL一體機測試儀模擬太陽光照射鈣鈦礦太陽能電池片，均勻照亮整個樣品，并用專業的鏡頭采集光致發光（PL）信號，獲得PL成像；電致發光（EL）信號，獲得EL成像。通過圖像算法和軟件對捕獲的PL/EL成像進行處理和分析，并識別出PL/EL缺陷，根據其特征進行分析、分類、歸納等。

• EL/PL成像，500萬像素，實現多種成像精度切換
• 光譜響應范圍：400nm~1200nm
• PL光源：藍光（可定制光源尺寸、波長等)
• 多種缺陷識別分析(麻點、發暗、邊緣入侵等)可定制缺陷種類

美能PL/EL一體機測試儀在本文在光致發光（PL）分析中，通過藍光激發精準捕捉金屬化界面缺陷。高分辨成像能力和智能缺陷分析特性，已成為TOPCon低銀金屬化研究中界面失效診斷的基石工具。

#絲網印刷#銀包銅#LECO#點狀銀種子層#TOPCon低銀金屬化

原文參考：Silver-lean screen-printing metallisation for industrial TOPCon solar cells: Enabling an 80 % reduction in silver consumption