N型光伏電池降本增效：銅電鍍技術驅動行業發展

銅電鍍技術是近年來異質結電池實現降本增效的重要技術路線之一，其優勢在于比傳統銀漿的導電性能強，且低接觸電阻，使用銅電鍍技術可提升轉換效率。在銀價不斷波動的市場行情下，銅電鍍技術受到諸多生產商關注，發展情況持續向好。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、絨面上的金字塔數量進行定量檢測，以反饋其中的清洗制絨、柵線的工藝質量。本期將給大家介紹銅電鍍制作柵線技術。

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，其工藝的基本原理是在基體金屬表面上通過電解化學反應沉積金屬銅來制作銅柵線，收集光伏效應產生的載流子。銅電鍍技術與傳統絲網印刷技術的主要差異，是在ITO工序后。傳統的異質結產線會在ITO工序后進行銀漿印刷和燒結，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

銅電鍍工藝環節

異質結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）、后處理四大工藝環節，各環節工藝復雜，存在多種技術路線，設備原理差異大。

在種子層制備環節，物理氣相沉積法（PVD）為制備主流技術方案。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。

在圖形化制作環節，目前存在的技術路線主要包括：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方案。

在金屬化電鍍環節，存在垂直、水平電鍍，插片式電鍍等多種主流技術方案。

在后處理環節中，主要處理方法包括熱處理、化學、機械處理等，目的是改善電鍍銅電極的性能和外觀。

銅電鍍技術在異質結太陽能電池中的工藝流程圖

電鍍銅電極的性能包括導電性、化學穩定性、機械強度等方面。

導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化。

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

機械強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化。

銅柵線相比于傳統銀柵線的優缺點有哪些？柵線需要與電池片的基體材料形成一個非常好的接觸，即歐姆接觸。歐姆接觸的好壞決定了電池的導電性以及發電效率是否能夠達到最佳。接觸面能否緊密結合、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荷越高，電子或載流子的通過率越差。

優點：

1.銀漿的導電性比銅柵線的導電性弱。因為銀漿是混合物，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，導致了銀漿印刷的發電效率更低。

缺點：

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

優化方向：利用半導體的工藝進行圖形化，可以使銅電鍍的柵線寬度達到10μm。

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

優化方向：對柵線進行保護，或進行抗氧化處理。

銅電鍍降本提效優勢更明顯銅電鍍是一種完全無銀化的顛覆性降本技術。傳統絲網印刷工藝中，低溫銀漿中銀粉占據90%左右，其余部分材料為分散性粘結劑和玻璃粉等，采用電鍍銅后，電池正面的遮光損失進一步降低，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現規模量產，這為電池金屬化工藝的發展提供了新方向。這種全新技術不僅可以全面降低成本，而且可以進一步提高效率。

采用絲網印刷和銅電鍍方案的異質結電池的金屬化成本計算