突破24.3%效率!美国科研团队成功打造"铜电极"TOPCon电池

随着TOPCon电池产能的全球性爆发，昂贵的银浆成为了制约其进一步降本的关键痛点。“以铜代银”一直是光伏行业的终极梦想，但铜的扩散和接触电阻问题始终是一座难以逾越的大山。

近日，据pv magazine报道，由美国落基山国家实验室、佐治亚理工学院以及铜浆料专家Bert Thin Films Inc.组成的联合科研团队，成功制造出了一款背面采用丝网印刷烧结铜（Cu）电极的TOPCon太阳能电池。

通过引入激光增强接触优化（LECO）工艺，该优化的铜电极电池实现了高达24.3%的光电转换效率，不仅性能媲美传统银电极电池，更展现出了极佳的稳定性。

核心黑科技：“即插即用”的铜浆与LECO工艺

这项刊登在《SolarEnergy Materials and Solar Cells》上的最新研究，其最大的亮点在于对现有生产线的高兼容性。通讯作者Young Woo Ok明确表示：“这项研究中使用的所有设备和工艺，都已经是光伏行业的标配。厂家只需将银浆换成铜浆，就能在生产线上实现‘即插即用’的替代。”

这款电池的正面依然保留了传统的银电极（135条细栅线，700°C烧结），而背面则大做文章，采用了两项关键技术：

抗扩散的特制铜浆：团队采用了Bert Thin Films公司今年2月最新推出的新型可丝网印刷铜浆。该浆料能在空气中烧结，其秘诀在于能在铜颗粒周围形成一层极薄的氧化铜，从而有效抑制铜元素向硅片内部的致命扩散。

LECO（激光增强接触优化）魔法：烧结后，研究人员在电池正面施加高强度激光脉冲，并保持10 V以上的恒定反向电压。这一过程产生的数安培电流，奇迹般地改善了半导体与金属电极之间的接触质量。

寻找完美的“烧结温度”与电学飞跃

对于铜电极而言，温度是一把双刃剑。温度太低，接触不良；温度太高，铜元素会穿透隧道氧化层，直接破坏电池结构。

经过系统性的实验，团队找到了工艺的“甜点区”：

最佳烧结温度（530°C-535°C）：研究发现，将背面铜电极的烧结温度控制在500°C到550°C之间最为理想。特别是达到530°C时，电池具有稳定的开路电压；而在530°C至535°C之间，由于串联电阻（Rs）的大幅降低，电池的填充因子达到了峰值。一旦温度继续升高，性能就会因为铜扩散而急剧下降。

电阻率暴降30倍：在530°C烧结的基础上，配合17-19 V反向偏置电压的LECO处理，背面铜接触的电阻率从约300 mΩ*cm²骤降至约10 mΩ*cm²。微观结构分析证实，铜胶体和微晶被完美限制在多晶硅层内，没有破坏底层结构。

性能对决：铜vs.银

在采用标准尺寸（242.32 cm²）的n型硅片进行制备后，联合团队将优化的铜电极电池与全银电极参考组进行了全面对比：

行业启示：大幅降低TOPCon生产成本的曙光

“这种高效率的丝网印刷铜接触n-TOPCon电池，为用更便宜的铜金属浆料取代极度昂贵的银电极提供了一个绝佳的机会。”科研人员在报告中强调。

高达24.3%的效率（仅比顶级银电极电池低0.2%到0.3%），加上无惧1000小时200°C烘烤的硬核稳定性，以及无需更换核心设备的“即插即用”特性，这项研究无疑为光伏产业彻底摆脱“银依赖”打下了一剂强心针。