隨著硅太陽能電池技術(shù)的發(fā)展，TOPCon電池已成為太陽能市場的主導(dǎo)工業(yè)技術(shù)，TOPCon太陽能電池的長期穩(wěn)定性問題日益受到關(guān)注。濕熱(DH)測試發(fā)現(xiàn)，TOPCon太陽能電池的正面金屬化容易受到腐蝕。濕熱(DH)測試是評估太陽能電池在長期戶外運行條件下對濕度和溫度敏感性的常用加速穩(wěn)定性測試。

通過對電池在美能溫濕度綜合環(huán)境試驗箱內(nèi)經(jīng)歷濕熱測試后的各項性能指標(biāo)進(jìn)行檢測和分析，深入了解銅鍍層在緩解污染誘導(dǎo)退化方面的作用機(jī)制。

實驗方法

本研究采用雙面九主柵(9BB)158mmTOPCon太陽能電池，其正面為摻硼發(fā)射極和含鋁銀柵，背面為無鋁銀柵。通過光誘導(dǎo)電鍍工藝在正面沉積約1μm銅層，采用150mA恒定電流。測試前，電池經(jīng)NaCl溶液處理以模擬污染物環(huán)境，隨后進(jìn)行85°C/85%RH的濕熱(DH)測試。

(a)帶有正面銅鍍柵線的TOPCon太陽能電池示意圖；(b)實驗流程圖

鍍銅后的性能表現(xiàn)

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(a)原始電池和(b)鍍銅電池正面金屬接觸的俯視SEM圖像

通過俯視圖掃描電子顯微鏡（SEM）圖像可以看出，未鍍層的金屬接觸顯示出高度多孔的結(jié)構(gòu)，而鍍銅后的接觸點沒有顯示出任何孔隙。這表明銅鍍層能夠有效填補(bǔ)接觸點的空隙，使其更加致密。能量色散光譜（EDS）結(jié)果顯示，鍍銅層很好地覆蓋了印刷的金屬表面，銀信號在鍍層后幾乎無法檢測到。

(a)原始電池(b)鍍銅電池的截面SEM圖及對應(yīng)的EDS元素分布圖

通過冷凍聚焦離子束（Cryo-FIB）切割并捕獲截面SEM和EDS結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)分析。結(jié)果顯示，鍍銅層完全覆蓋了接觸表面，并且甚至填充了一些金屬體中的空隙（圖b）。這種致密的鍍銅層有助于防止污染物的滲透。

濕熱（DH）測試的電性能參數(shù)

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不同組電池在濕熱測試期間的I-V參數(shù)變化

在濕熱測試期間，不同組的電池的I-V參數(shù)隨時間變化。鍍銅電池保持穩(wěn)定，表明高溫高濕的濕熱測試本身不會導(dǎo)致TOPCon太陽能電池的退化。然而，暴露于NaCl的未鍍層電池在濕熱測試期間出現(xiàn)了顯著的退化。

所有電池在DH測試期間Rs、FF、Voc、Jsc和PCE的相對變化

經(jīng)過6小時的濕熱測試，未鍍層電池的開路電壓下降了約2.8%，短路電流密度下降了約52.2%，導(dǎo)致效率下降了超過80%。相比之下，鍍銅電池在相同條件下表現(xiàn)更好，僅出現(xiàn)約11.5%的效率下降。這表明銅鍍層有效地緩解了NaCl誘導(dǎo)的退化。

濕熱（DH）測試的電阻變化規(guī)律

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原始電池與鍍銅電池在NaCl溶液暴露后串聯(lián)電阻(Rs)分布圖像

在NaCl暴露處理及6小時濕熱測試前后的PL圖像

通過分析串聯(lián)電阻和光致發(fā)光圖像，進(jìn)一步驗證了銅鍍層的保護(hù)效果。未鍍層電池在濕熱測試2小時后就出現(xiàn)了明顯的串聯(lián)電阻問題，而鍍銅電池在濕熱測試后仍保持相對穩(wěn)定。光致發(fā)光圖像顯示，未鍍層電池在金屬接觸區(qū)域出現(xiàn)了模糊的信號，表明NaCl誘導(dǎo)的復(fù)合主要發(fā)生在接觸區(qū)域。相比之下，鍍銅電池的光致發(fā)光圖像在接觸區(qū)域周圍更亮，表明其開路電壓性能更穩(wěn)定。

(a)6小時濕熱測試后的線電阻變化；(b)接觸電阻率隨濕熱測試時間的變化

通過四點探針和傳輸長度法（TLM）測量，研究了電池的電阻損失。結(jié)果顯示，未鍍層電池的接觸電阻在濕熱測試期間迅速增加，而鍍銅電池的接觸電阻增加幅度較小。這表明銅鍍層能夠有效減緩接觸區(qū)域的退化。

SEM和EDS分析

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濕熱測試后(a)未鍍銅氯化鈉組和(b)鍍銅氯化鈉電池的截面SEM圖像及對應(yīng)能譜面分布圖

通過掃描電子顯微鏡(SEM)和能量色散X射線光譜(EDS)詳細(xì)分析了表面形態(tài)，發(fā)現(xiàn)鍍銅后接觸變得更加致密，有效減緩了離子滲透速度，從而延緩了TOPCon接觸的退化。

銅鍍層不僅填補(bǔ)了接觸點的空隙，使其更加致密，還顯著減少了污染物的滲透。在濕熱測試中，未鍍層電池的效率下降了超過80%，而鍍銅電池僅下降了約11.5%。這表明銅鍍層能夠有效緩解NaCl誘導(dǎo)的退化，提高設(shè)備的壽命和降低電力平準(zhǔn)化成本（LCOE）。

美能溫濕度綜合環(huán)境試驗箱

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美能溫濕度綜合環(huán)境試驗箱采用進(jìn)口溫度控制器，能夠?qū)崿F(xiàn)多段溫度編程，具有高精確度和良好的可靠性，滿足不同氣候條件下的測試需求。

溫度范圍：20℃~+130℃

溫濕度范圍：10%RH~98%RH(at+20℃-+85℃）

滿足試驗標(biāo)準(zhǔn)：IEC61215、IEC61730、UL1703等檢測標(biāo)準(zhǔn)

實驗結(jié)果表明，使用銅鍍層顯著提高了TOPCon太陽能電池在濕熱環(huán)境下的穩(wěn)定性，有效減緩了污染誘導(dǎo)的退化。美能溫濕度綜合環(huán)境試驗箱為實驗提供了可靠的測試平臺，確保了研究結(jié)果的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性，從而驗證了銅鍍層在提高太陽能電池長期穩(wěn)定性方面的潛力。

原文參考：Alleviating contaminant-induced degradation of TOPCon solar cells with copper plating

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