N型光伏電池降本增效：銅電鍍技術(shù)驅(qū)動行業(yè)發(fā)展

銅電鍍技術(shù)是近年來異質(zhì)結(jié)電池實(shí)現(xiàn)降本增效的重要技術(shù)路線之一，其優(yōu)勢在于比傳統(tǒng)銀漿的導(dǎo)電性能強(qiáng)，且低接觸電阻，使用銅電鍍技術(shù)可提升轉(zhuǎn)換效率。在銀價(jià)不斷波動的市場行情下，銅電鍍技術(shù)受到諸多生產(chǎn)商關(guān)注，發(fā)展情況持續(xù)向好。美能3D共聚焦顯微鏡，可通過非接觸式掃描電池表面并建立表面3D圖像，對柵線的高度與寬度、絨面上的金字塔數(shù)量進(jìn)行定量檢測，以反饋其中的清洗制絨、柵線的工藝質(zhì)量。本期將給大家介紹銅電鍍制作柵線技術(shù)。

銅電鍍電極提效基本原理銅電鍍是一種非接觸式的電極金屬化技術(shù)，其工藝的基本原理是在基體金屬表面上通過電解化學(xué)反應(yīng)沉積金屬銅來制作銅柵線，收集光伏效應(yīng)產(chǎn)生的載流子。銅電鍍技術(shù)與傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷技術(shù)的主要差異，是在ITO工序后。傳統(tǒng)的異質(zhì)結(jié)產(chǎn)線會在ITO工序后進(jìn)行銀漿印刷和燒結(jié)，而銅電鍍工藝主要分為柵線的圖形化與金屬化這兩部分工序，在圖形化部分的ITO工序后，不使用銀漿，而是使用銅來電鍍。

使用美能3D共聚焦顯微鏡測量的銅電鍍柵線圖

銅電鍍工藝環(huán)節(jié)

異質(zhì)結(jié)太陽能電池銅電鍍工藝主要包括：種子層制備、圖形化、金屬化（電鍍）、后處理四大工藝環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)工藝復(fù)雜，存在多種技術(shù)路線，設(shè)備原理差異大。

在種子層制備環(huán)節(jié)，物理氣相沉積法（PVD）為制備主流技術(shù)方案。直接在TCO上電鍍，鍍層和TCO間的接觸為物理接觸，附著力主要為范德華力，容易引起電極脫落，且在TCO上電鍍金屬是非選擇性的，需在電鍍之前在透明導(dǎo)電薄膜表面沉積種子層（一般為100nm），增加電鍍金屬與TCO之間的附著性能。

在圖形化制作環(huán)節(jié)，目前存在的技術(shù)路線主要包括：光刻路線、激光路線和噴墨打印路線，其中以感光油墨為原料的曝光顯影光刻路線是圖形化主流技術(shù)方案。

在金屬化電鍍環(huán)節(jié)，存在垂直、水平電鍍，插片式電鍍等多種主流技術(shù)方案。

在后處理環(huán)節(jié)中，主要處理方法包括熱處理、化學(xué)、機(jī)械處理等，目的是改善電鍍銅電極的性能和外觀。

銅電鍍技術(shù)在異質(zhì)結(jié)太陽能電池中的工藝流程圖

電鍍銅電極的性能包括導(dǎo)電性、化學(xué)穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度等方面。

導(dǎo)電性是電鍍銅電極最近本的性能之一，可以通過控制電鍍液的成分和工藝條件等方法來優(yōu)化。

化學(xué)穩(wěn)定性是電鍍銅電極在電池中長期穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，可以通過添加穩(wěn)定劑等方法來提高。

機(jī)械強(qiáng)度是電鍍銅電極在制備和使用過程中的重要性能之一，可以通過控制電鍍液的成分和工藝條件方法來優(yōu)化。

銅柵線相比于傳統(tǒng)銀柵線的優(yōu)缺點(diǎn)有哪些？柵線需要與電池片的基體材料形成一個(gè)非常好的接觸，即歐姆接觸。歐姆接觸的好壞決定了電池的導(dǎo)電性以及發(fā)電效率是否能夠達(dá)到最佳。接觸面能否緊密結(jié)合、柵線材料對電子或載流子通過的阻抗（電阻率）都會影響歐姆接觸的好壞。電阻率越大，電池片對電子或載流子的負(fù)荷越高，電子或載流子的通過率越差。

優(yōu)點(diǎn)：

1.銀漿的導(dǎo)電性比銅柵線的導(dǎo)電性弱。因?yàn)殂y漿是混合物，是流動的膠體，而銅柵線是純銅，所以銅柵線體電子比銀漿體電子的電阻率更低。

2.銀漿印刷的線寬比銅電鍍的線寬更寬，導(dǎo)致了銀漿印刷的發(fā)電效率更低。

缺點(diǎn)：

1.銅電鍍的柵線更細(xì)，這會導(dǎo)致銅電鍍面臨柵線是否會更牢固、附著力能否達(dá)到組件生產(chǎn)要求的問題。因?yàn)闁啪€更細(xì)，附著面積更小，所以在同樣應(yīng)力條件下，銅柵線的附著力不夠，銅柵線比銀柵線更容易脫落，而柵線脫落會導(dǎo)致柵線接觸出現(xiàn)問題，會影響電池片和組件后期的使用。

優(yōu)化方向：利用半導(dǎo)體的工藝進(jìn)行圖形化，可以使銅電鍍的柵線寬度達(dá)到10μm。

2. 經(jīng)過長期使用，銀漿不會出現(xiàn)氧化失效的問題，而銅柵線會出現(xiàn)氧化失效問題。銅只要暴露在空氣中就會以非?？斓乃俣妊趸霈F(xiàn)氧化銅或者氧化亞銅，從而影響銅的導(dǎo)電性。銅的氧化物還會擴(kuò)散，銅在ITO等特定條件中的擴(kuò)散非常緩慢，但是銅氧化后會一直擴(kuò)散，這會導(dǎo)致柵線電池片或者組件失效。

優(yōu)化方向：對柵線進(jìn)行保護(hù)，或進(jìn)行抗氧化處理。

銅電鍍降本提效優(yōu)勢更明顯銅電鍍是一種完全無銀化的顛覆性降本技術(shù)。傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷工藝中，低溫銀漿中銀粉占據(jù)90%左右，其余部分材料為分散性粘結(jié)劑和玻璃粉等，采用電鍍銅后，電池正面的遮光損失進(jìn)一步降低，柵線的電阻損耗也全面減少，隨著電極與TCO接觸得到全面改善，低成本電極制備可以實(shí)現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)，這為電池金屬化工藝的發(fā)展提供了新方向。這種全新技術(shù)不僅可以全面降低成本，而且可以進(jìn)一步提高效率。

采用絲網(wǎng)印刷和銅電鍍方案的異質(zhì)結(jié)電池的金屬化成本計(jì)算