TOPCon太陽能電池金屬接觸失效機(jī)制：基于加速濕熱測試的鈉鹽影響

TOPCon太陽能電池因其高效率（>25%）和成本效益，逐漸成為光伏市場的主流技術(shù)。然而，其在濕熱環(huán)境下的可靠性問題（如金屬接觸腐蝕）尚未完全解決。

通過加速濕熱測試（85°C和85%相對濕度，DH85）發(fā)現(xiàn)在不同鈉相關(guān)鹽的影響下，對TOPCon太陽能電池的前側(cè)和后側(cè)接觸都有顯著影響，導(dǎo)致效率降低和接觸電阻增加。美能TLM接觸電阻測試儀可以精確測量電池前側(cè)和后側(cè)的接觸電阻率（ρc），并結(jié)合線電阻測量，全面評(píng)估了金屬接觸的退化情況。

具體測試步驟

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TOPCon電池結(jié)構(gòu)示意圖

前側(cè)：金字塔紋理（增加光的吸收，減少反射）、硼擴(kuò)散發(fā)射極（用于形成p-n結(jié)）、鈍化層。

后側(cè)：隧道硅氧化物（減少接觸處的復(fù)合）、磷摻雜多晶硅層（與隧穿層形成n型TOPCon結(jié)構(gòu)）、鈍化層

金屬接觸：前側(cè)金屬接觸：由銀（Ag）和鋁（Al）組成，用于電流的收集和傳輸；后側(cè)金屬接觸：僅由銀（Ag）組成，用于電流的收集和傳輸。

實(shí)驗(yàn)流程圖

清洗：所有太陽能電池在實(shí)驗(yàn)前使用去離子水（DIW）清洗，并用氮?dú)鈽尶焖俑稍铮源_保電池表面清潔。

鹽溶液噴涂：用NaHCO?和NaCl的溶液進(jìn)行噴灑，然后在通風(fēng)櫥中自然干燥。

濕熱測試（DH85）：在85°C和85%相對濕度的環(huán)境中進(jìn)行濕熱測試。

接觸電阻測量：使用轉(zhuǎn)移長度法（TLM）測量前側(cè)和后側(cè)的接觸電阻（ρc）。

電池性能測量

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不同實(shí)驗(yàn)組在DH85 測試中電學(xué)參數(shù)的變化

初始性能和DH85測試后的電學(xué)參數(shù)變化

對照組的穩(wěn)定性：對照組在100小時(shí)的DH85測試中表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，PCE僅下降了0.44%。這表明在沒有額外污染物的情況下，TOPCon太陽能電池在濕熱條件下相對穩(wěn)定。

NaHCO?的影響：前側(cè)：NaHCO?導(dǎo)致Rs顯著增加，PCE下降了5.2%。后側(cè)：NaHCO?對后側(cè)的影響更為嚴(yán)重，導(dǎo)致Rs大幅增加和Voc下降，PCE下降了16.0%。

NaCl的影響：前側(cè)：NaCl對前側(cè)接觸的破壞性極大，導(dǎo)致Rs大幅增加，Jsc顯著下降，PCE下降了92%。后側(cè)：NaCl對后側(cè)接觸的影響相對較小，主要表現(xiàn)為Voc的輕微下降，PCE下降了3.7%。退化機(jī)制：

前側(cè)接觸退化：NaCl和NaHCO?都導(dǎo)致前側(cè)接觸的Rs顯著增加，表明這些鹽可能通過氧化還原反應(yīng)影響金屬接觸的穩(wěn)定性。

后側(cè)接觸退化：NaHCO?導(dǎo)致后側(cè)接觸的Rs增加和Voc下降，表明其可能通過影響鈍化層和金屬接觸的界面穩(wěn)定性來降低電池性能。

不同實(shí)驗(yàn)組在DH85測試后PL成像和Rs成像

DH85測試后TOPCon電池的PL強(qiáng)度和平均Rs變化

對照組的穩(wěn)定性：對照組在100小時(shí)的DH85測試中表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，PL強(qiáng)度和Rs變化均較小。

退化機(jī)制：

前側(cè)接觸退化：NaCl和NaHCO?都導(dǎo)致前側(cè)接觸的Rs顯著增加，表明這些鹽可能通過氧化還原反應(yīng)影響金屬接觸的穩(wěn)定性。

后側(cè)接觸退化：NaHCO?導(dǎo)致后側(cè)接觸的Rs增加和載流子復(fù)合顯著增加，表明其可能通過影響鈍化層和金屬接觸的界面穩(wěn)定性來降低電池性能。

電阻性能測量

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不同DH85 測試時(shí)長下的接觸電阻率變化

前側(cè)接觸的影響：NaCl對前側(cè)接觸的影響最為嚴(yán)重，導(dǎo)致接觸電阻率急劇增加，這可能是由于NaCl引起的嚴(yán)重化學(xué)腐蝕。NaHCO?對前側(cè)接觸的影響也較為顯著，但不如NaCl嚴(yán)重。

后側(cè)接觸的影響：NaHCO?對后側(cè)接觸的影響較為顯著，導(dǎo)致電阻率大幅增加。NaCl對后側(cè)接觸的影響較小，后側(cè)接觸在濕熱條件下相對穩(wěn)定。

對比發(fā)現(xiàn)，正面接觸更容易受到濕熱環(huán)境和鈉鹽的影響，其中NaCl對正面接觸電阻率的影響最為突出；背面接觸相對穩(wěn)定，但NaHCO?仍會(huì)導(dǎo)致其接觸電阻率上升。

正面和背面的線電阻測量結(jié)果

正面線電阻：在濕熱環(huán)境下，NaHCO?和NaCl 的存在均會(huì)使正面線電阻上升，其中NaCl 的影響更為顯著。由于 NaCl 引發(fā)了更強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)，對正面金屬接觸結(jié)構(gòu)造成較大破壞，導(dǎo)致電子傳輸受到更大阻礙，從而使線電阻增大。

背面線電阻：相比正面，背面線電阻變化較小，且NaHCO?和NaCl 處理后的線電阻與對照組差異不明顯。背面結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，能夠較好地維持電子傳輸性能。

線電阻的變化也會(huì)影響電池的整體電學(xué)性能，對串聯(lián)電阻產(chǎn)生貢獻(xiàn)，進(jìn)而影響電池的功率轉(zhuǎn)換效率等關(guān)鍵指標(biāo)。

Griddler軟件模擬前端電阻損失

呈現(xiàn)出不同鈉鹽處理后，接觸電阻率在正面電阻損失中占據(jù)主導(dǎo)地位，進(jìn)一步證實(shí)，在濕熱環(huán)境下，NaHCO?和NaCl主要通過影響正面金屬接觸的接觸電阻率，進(jìn)而導(dǎo)致太陽能電池的串聯(lián)電阻增加，最終影響電池的性能。

本文通過加速濕熱測試（85°C，85%相對濕度，DH85）探討了TOPCon太陽能電池金屬接觸在鈉鹽（NaHCO?和NaCl）污染下的失效機(jī)制。結(jié)果表明，NaCl對前接觸的腐蝕更為嚴(yán)重，導(dǎo)致功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）下降約92%，主要原因是串聯(lián)電阻顯著增加和電流提取不足。而NaHCO?對后接觸的影響更顯著，導(dǎo)致PCE下降約16%，這與堿性環(huán)境導(dǎo)致的界面氧化密切相關(guān)。

美能TLM接觸電阻測試儀

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美能TLM接觸電阻測試儀所具備接觸電阻率測試功能，可實(shí)現(xiàn)快速、靈活、精準(zhǔn)檢測。

靜態(tài)測試重復(fù)性≤1%，動(dòng)態(tài)測試重復(fù)性≤3%

線電阻測量精度可達(dá)5%或0.1Ω/cm

接觸電阻率測試與線電阻測試隨意切換

定制多種探測頭進(jìn)行測量和分析

通過使用美能TLM接觸電阻測試儀可以精確測量TOPCon電池前側(cè)和后側(cè)的接觸電阻率（ρc），并結(jié)合線電阻測量，全面評(píng)估了金屬接觸的退化情況。

原文出處：Unveiling the origin of metal contact failures in TOPCon solar cells through accelerated damp-heat testing

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