背景与意义
TOPCon硅太阳能电池是目前光伏领域的重要技术，致力于提高光电转换效率（PCE）并降低制造成本。金属-半导体接触界面质量是决定接触电阻（Rc）的关键，Rc的降低能够有效提高电池的开路电压（Voc）、短路电流密度（Jsc）和填充因子（FF），从而提升整体效率。使用Ag/Al糊料制造的Ag/Al–Si界面在降低Rc方面的机制研究不够深入。当前研究更多集中于Ag–Si界面的形成，缺少对Ag/Al–Si界面特性和其对电性能影响的系统性研究。
研究目标
通过调控Ag/Al糊料的烧结过程和界面结构，系统分析Ag和Al在Ag/Al–Si界面的作用。
比较不同配方（含TeO2和不含TeO2）的Ag/Al糊料对界面特性和电池性能的影响，为太阳能电池的金属化工艺优化提供指导。
研究思路
材料制备：
制备两种Ag/Al糊料：P-Pb（以PbO为基础的糊料，无TeO2添加）。
P-Te（在P-Pb基础上添加TeO2，调整烧结行为）。
利用扫描电镜（SEM）、能量色散光谱（EDS）和X射线光电子能谱（XPS）表征界面结构与成分。
烧结行为研究：
分析不同温度下Ag/Al糊料的烧结过程，包括银粉、铝粉烧结行为以及玻璃助熔剂（玻璃相）对界面形成的影响。
比较P-Pb与P-Te糊料在界面形成过程中的差异。
电性能评价：
通过传输线模型（TLM）测量接触电阻（Rc）和比接触电阻（ρc）。
评估太阳能电池的光电性能（Voc、Jsc、FF和PCE），并分析Ag/Al–Si界面结构与电性能的关联。
结果与讨论
1. 制备与性能表征
TOPCon电池制备：电池结构包括正面Ag/Al电极和背面Ag电极，通过丝网印刷和快速烧结制备。
性能对比：Cell-Pb的Rs（串联电阻）和Rc均低于Cell-Te，而Rsh（并联电阻）显著高于Cell-Te。
Cell-Pb的PCE为21.5%，优于Cell-Te的20.8%，表明不含TeO2的Ag/Al糊料在接触质量上表现更优。
2. 烧结行为差异
P-Pb烧结过程：PbO助熔剂促进了Al的扩散和界面Al合金的形成。
Ag粉末的烧结较慢，导致Ag颗粒在界面附近的分布有限。
P-Te烧结过程：TeO2加速了Ag粉末的烧结，使界面区域形成了更多的Ag胶体，但阻碍了Al的扩散。
Ag胶体的存在增强了界面的致密性，但降低了界面处的Al浓度，从而增加了Rc。
3. Ag/Al–Si界面结构与电性能的关系
界面分析：SEM和EDS表明，Cell-Pb界面具有较高的Al浓度和更深的Al扩散深度（170nm），而Cell-Te界面的Al浓度较低，扩散深度仅为150nm。
XPS证实，Cell-Pb界面形成了更多的Ag–Al合金，这种合金有助于形成低阻欧姆接触。
电性能影响：Cell-Pb较高的Al扩散深度使其形成了高掺杂的Si层，降低了界面的势垒宽度，显著改善了载流子传输性能。
TeO2的加入尽管增加了界面处的Ag胶体，但无法有效降低Rc，反而因阻碍Al扩散而影响了接触质量。
研究结论
主要发现：PbO基Ag/Al糊料（P-Pb）能够更有效地促进Al向Si层的扩散，从而形成高质量的Ag/Al–Si界面。
添加TeO2尽管改善了Ag的烧结和分布，但阻碍了Al的迁移，导致较差的接触性能。
对太阳能电池的意义：优化Ag/Al糊料的关键在于增强Al的扩散能力，同时减少对Ag胶体的过度依赖。对于p+发射极接触，Al扩散比Ag沉积更为重要。
图文解析
图1：Ag/Al糊料制备和TOPCon电池制造工艺
图1a：Ag/Al糊料的制备流程，显示混合Ag粉末、Al粉末、玻璃助熔剂后，通过丝网印刷和快速烧结制备TOPCon太阳能电池。
图1b-d：Ag粉、Al粉和PbO基玻璃助熔剂的SEM图像，分别显示粒径和形貌。
图1f：用于测量接触电阻（Rc）和比接触电阻（ρc）的传输线模型（TLM）。
图1g-i：雷达图和电阻性能对比，显示Cell-Pb和Cell-Te的光电参数（如Voc、Jsc、FF和PCE）及接触电阻对比。
粒径分布：Ag粉≈2 μm，Al粉1-3 μm，玻璃助熔剂不规则颗粒2-4 μm。
这种颗粒尺寸影响烧结致密性及界面反应速率。
电阻性能对比：Cell-Pb的串联电阻（Rs）显著低于Cell-Te，接触电阻（Rc）也更低，表明P-Pb更有助于界面质量的改善。
Cell-Pb的并联电阻（Rsh）高于Cell-Te，显示更低的漏电流。
图2：P-Pb和P-Te的烧结行为与界面形成
图2a-e：P-Pb在760°C和810°C烧结后Ag/Al手指的表面和截面SEM图像。
图2g-k：P-Te在相同温度下的SEM图像，显示更致密的烧结结构。
图2f和2l：P-Pb和P-Te烧结过程中Al扩散到Ag/Al–Si界面的示意图。
P-Pb行为：在760°C时，Ag粉形成初步烧结颈，存在许多孔隙，Al扩散有限。
在810°C时，孔隙减少，Al扩散到界面并形成Ag–Al合金。
P-Te行为：TeO2加速Ag烧结，使其在760°C时形成更致密的结构，但阻碍Al扩散。即使在810°C，P-Te中Al扩散深度和浓度仍低于P-Pb。
机制分析：TeO2增强了Ag烧结，但因阻碍了Al的迁移和扩散，导致界面处接触电阻（Rc）增加。
图3：Ag/Al–Si界面的成分和结构表征
图3a和3g：Cell-Pb和Cell-Te界面区域的横截面SEM图像。
图3b-d和3h-j：界面元素分布图，显示Ag和Al的分布。
图3e-f和3k-l：XPS测试结果，揭示界面处Ag和Al的化学状态。
元素分布：Cell-Pb界面有更多的Al扩散，Ag/Al比为1.75:1。Cell-Te界面处Ag含量显著高于Al，Ag/Al比为3.89:1。
XPS分析：Cell-Pb和Cell-Te均形成Ag–Al合金，但Cell-Pb中合金含量更高。Cell-Pb的Al扩散更深（至Si层170nm），而Cell-Te仅为150nm。
图4：界面表面势能与形貌表征
图4a-d和4i-l：Cell-Pb和Cell-Te界面区域的形貌及元素分布。
图4e-h和4m-p：表面势能图和势能分布曲线，评估界面电性能。
势能变化：Cell-Pb的势能阶跃更大，达250.4 mV，而Cell-Te仅为189.9 mV。
Cell-Pb较大的势能阶跃表明其具有更优异的界面电性能。
势能阶跃主要来自于Si层与Ag/Al扩散层之间的内建电场。
图5：TEM与EDS分析Ag/Al–Si界面结构
图5a-d和5h-k：Cell-Pb和Cell-Te界面结构的TEM与EDS元素分布。
图5f和5m：EDS线扫描，量化界面Ag和Al含量及扩散深度。
图5g和5n：界面能带结构示意图，比较Cell-Pb和Cell-Te的电性能差异。
Al扩散深度与含量：Cell-Pb界面处Al含量更高（20.63%），扩散深度更深（170nm）。Cell-Te界面处Al扩散较浅，含量仅6.88%。
界面能带差异：Cell-Pb通过重掺杂窄化势垒宽度，实现低阻欧姆接触。
Cell-Te因Al不足导致势垒较宽，接触电阻较高。
