1. 研究背景
2. 研究方法
研究中制备了五种不同类型的n-TOPCon电池样本，分别使用了不同的Ag浆料和工艺条件。特别地，使用了含有低铅（Pb）和高硼（B）含量的Ag浆料，并进行了LECO处理。这些电池的背面使用硼掺杂层，前面则使用硅氧化物（SiOx）和n(+)掺杂多晶硅（poly-Si）层。
研究中使用了多种测试方法来分析电池的性能和结构，包括：
I-V参数测量：通过WaveLab系统测量电池的电流-电压特性，评估开路电压（Voc）、短路电流密度（Jsc）、填充因子（FF）和效率（Eff）。 接触电阻（ρc）测量：使用转移长度法（TLM）测定银电极与硅之间的接触电阻。 复合损失分析：采用Suns-Voc系统测量不同金属化面积下的J0,metal，并计算金属化引起的复合损失。 显微结构表征：通过能量过滤扫描电子显微镜（FESEM）和透射电子显微镜（TEM）观察电极与硅基板的界面结构，分析接触界面的微观形貌。
3. 结果与讨论
研究发现，LECO使用的Ag浆料具有更低的线性电阻（2.60 μΩ·cm），相比之下，标准的Ag-Al浆料的电阻为3.56 μΩ·cm。LECO浆料中加入了硼（13.49% wt）和铝（6.67% wt），同时减少了铅的含量，这改善了玻璃钝化性能并提高了界面玻璃相的导电性。这些改变对电流收集性能和填充因子的提升有显著贡献。
通过Suns-Voc测试发现，使用LECO工艺的电池其金属化引起的复合损失（J0,metal）从503 fA/cm²降至206 fA/cm²。LECO工艺显著降低了接触电阻和复合损失，主要归因于新型Ag浆料在较低的烧结温度下形成了良好的钝化层和接触界面。
I-V测试结果显示，经过LECO处理后，工业级n-TOPCon电池的效率提升至25.94%，相较于未处理的电池，效率提高了0.26%。LECO工艺使得电池的Voc提高了4 mV，Jsc提高了0.28 mA/cm²，FF增加了0.26%。
研究还发现，LECO工艺通过形成银纳米胶体，有效减少了金属化引起的复合损失。这些银纳米颗粒通过隧道效应将电流传输到硅基板，从而改善了电流传输。相比标准Ag-Al浆料，LECO浆料由于其较低的腐蚀性，不会过度破坏硅基板的钝化层，进一步降低了复合损失。
4. 研究结论
LECO处理后的电池具有更低的J0,metal（从500 fA/cm²降至200 fA/cm²），更高的填充因子和开路电压，最终效率提升至25.94%。 使用低腐蚀性的特殊Ag浆料和激光处理，改善了金属化接触界面，降低了接触电阻（ρc为0.91 mΩ·cm²）。 LECO工艺中的隧道效应通过Ag胶体促进了电流的高效传输，从而减少了电池的复合损失，提升了电池性能。
5. 图文解析
图1: n-TOPCon电池结构与LECO处理流程
(a) n-TOPCon电池结构：显示了使用低温烧结Ag浆料和硼发射极的电池结构。Ag浆料用于前电极，背面采用硅氧化物（SiOx）和掺杂多晶硅层。 (b) 高强度激光脉冲：对硼发射极进行高强度激光处理，波长为1080 nm，功率为16W。这一步骤主要用于增强电池的电接触性能。 (c) 反向电压处理：在电池前端施加13V的反向电压，目的是进一步优化电池的接触性能，减少接触电阻。 (d) LECO处理流程：该图展示了LECO工艺的工作原理，即在电池前侧同时进行激光脉冲和反向电压处理，以改善电流传输和减少复合损失。 (e) 电池的前驱体结构：该图展示了未经过LECO处理的电池结构，用以与LECO处理后的电池进行对比。
图2: 标准Ag浆料与LECO Ag浆料的线性电阻对比
标准浆料的线性电阻为3.56 μΩ·cm，而LECO浆料的线性电阻为2.60 μΩ·cm。LECO浆料由于其改良的化学成分（减少了铅含量、增加了铝和硼的含量），具有更低的电阻，这对提升电池的填充因子（FF）和电流收集能力至关重要。
图3: 不同金属化面积的J0,metal对比
TPC电池的J0,metal为503 fA/cm²，这意味着在使用标准浆料的电池中，金属化带来了较高的复合损失。 LECO电池的J0,metal则降至206 fA/cm²，表明LECO工艺有效降低了复合损失，改善了电池的性能。
图4: TPC与LECO样品的接触电阻对比
TPC电池的接触电阻为1.12 mΩ·cm²，而LECO电池的接触电阻降低至0.91 mΩ·cm²。这表明，LECO工艺显著降低了电池的接触电阻，有助于提高电池的填充因子。
图5: 激光处理前后LTPC电池的钝化性能变化
(a) 寿命：激光处理后，LTPC电池的载流子寿命从1649 μs下降到1472 μs，但这一变化可以忽略不计，表明激光脉冲处理对电池钝化层的破坏较小。 (b) 内部电压（iVoc）：激光处理后，iVoc值从728 mV微小下降到727 mV，同样表明激光对钝化性能影响不大。 (c) 光致发光（PL）值：从37836下降到35312 a.u.，略有减少，但仍在可接受范围内，表明激光处理对电池的发光性能没有明显负面影响。
图6: LTPC、RSC 和 LSC 电池的电性能对比
(a) 效率（Eff）：LECO处理使效率显著提升，从LTPC电池的0.38%提高到LSC电池的1.64%。 (b) 开路电压（Voc）：处理后，Voc从LTPC电池的717.75 mV提升至LSC电池的732.03 mV，表明激光和反向电压处理可以有效减少复合损失，增加开路电压。 (c) 短路电流密度（Jsc）：Jsc从LTPC电池的7.78 mA/cm²提高到LSC电池的34.41 mA/cm²，显示出LECO处理极大地提高了电流密度，增强了电流收集能力。 (d) 填充因子（FF）：虽然Jsc和Voc有显著提升，但FF几乎没有变化，依旧保持在20.20%，表明单一激光或反向电压处理不足以全面提高填充因子。 (e) 串联电阻（Rs）和线性电阻：LECO处理后，线性电阻从3.27 μΩ·cm降至2.80 μΩ·cm，意味着接触电阻的降低有助于提升电流传输的效率。
图7: 激光处理前后LTPC样品的EL图像
(a) 激光处理前：图像显示出较大的“雾状”区域，表明电池的某些部分未能形成良好的电接触，导致发光较弱。 (b) 激光处理后：处理后的图像更加均匀，亮度更高，说明激光脉冲在提升电流收集效率方面起到了显著作用，消除了之前由于接触不良带来的电流传输问题。
图8: LTPC、TPC 和 LECO 电池的外部量子效率（EQE）和栅线宽度
(a) 外部量子效率（EQE）：图8a展示了不同电池在400-1000 nm波长范围内的外部量子效率。LECO电池在短波长（400-600 nm）下的响应显著增加，显示出其低金属化复合损失（J0,metal）有助于提高短波段的光电转换效率。 (b) 栅线的宽度与高度：图8b显示了不同电池栅线宽度与高度的比较。LECO处理后，栅线宽度从0.40 μm增加到0.51 μm，栅线高度也有所提高，这有助于减少光遮挡损失，进一步提升电流收集效率。
图9: 不同电池金属接触界面的SEM图像
(a) TPC电池的接触界面：显示出较为均匀的玻璃层，但银纳米颗粒在接触界面处分布较少，且出现了更多的“平顶金属指”。 (b) LTPC电池的接触界面：相比TPC电池，LTPC电池在硅尖端处保留了更完整的金字塔结构，且空隙较多。这表明低温烧结减少了玻璃对硅基表面的腐蚀。 (c) LECO电池的接触界面：经过LECO处理后，金字塔结构尖端出现了局部的腐蚀，但整体上空隙减少，表明接触区域更加致密，有助于减少金属化引起的复合损失。
图10: 不同电池接触结构的TEM图像
(a) TPC电池：在玻璃层中发现了大量大直径（20-30 nm）的银胶体颗粒，且这些颗粒分布不均匀，这不利于电流的均匀收集。 (b) LTPC电池：在玻璃层中发现了一些较小的银纳米颗粒（5-10 nm），但由于这些颗粒的密度较低，接触电阻依然较高。 (c) LECO电池：LECO处理后，玻璃层中的银胶体颗粒更加均匀，直径为10-20 nm，这有助于降低接触电阻，并通过隧道效应增强电流传输。
图11: TPC电池的HAADF-STEM图像与元素分布
(a) HAADF-STEM图像：显示了Ag电极下方的硅金字塔结构。可以观察到Ag颗粒均匀覆盖在硅表面，并且玻璃层在Ag与Si之间形成了明显的隔离层。该结构表明Ag与Si之间存在一定的直接接触，但这种接触较为分散，无法有效降低复合损失。 (b) EDX元素分布图：EDX技术用于测量特定区域的元素分布。图中叠加显示了银（Ag）、硅（Si）、氮（N）和铝（Al）等元素的分布：
Ag颗粒主要集中在硅金字塔的尖端和表面区域，说明Ag与硅存在直接接触。 Al和N元素则集中在抗反射涂层（ARC）区域，表明此区域尚未完全被Ag侵蚀。
路径I：电流通过Ag颗粒直接传输到硅基板。这种直接接触往往集中在硅金字塔的尖端，可能导致较高的复合损失。 路径II和III：电流通过Ag颗粒和玻璃层中的Ag胶体传输。这种多步隧道传输路径会受到玻璃层的限制，但可以减少直接接触引起的复合损失。
图12: LTPC电池的HAADF-STEM图像与元素分布
(a) HAADF-STEM图像：显示了LTPC电池中Ag电极与硅基板的接触结构。与TPC电池相比，LTPC电池在硅金字塔尖端区域没有明显的Ag颗粒沉积。玻璃层中也观察到了较少的Ag胶体颗粒，表明在低温下Ag与Si的相互作用较弱。 (b) EDX元素分布图：显示了Ag、Si、Pb、N和O等元素在硅金字塔表面的分布：
Ag颗粒分布较少，特别是在硅金字塔的谷底区域几乎没有发现Ag颗粒。 PbOx玻璃颗粒部分侵蚀了抗反射层（ARC），但在低温下，这种侵蚀较为有限，导致接触电阻较高。
图13: LECO电池的HAADF-STEM图像与元素分布
(a) HAADF-STEM图像：显示了LECO电池中Ag与硅基板的接触界面。相比于TPC和LTPC电池，LECO处理后Ag颗粒的分布更加均匀，硅金字塔尖端被部分侵蚀，形成了局部腐蚀坑，这有助于增强Ag与Si的接触。 (b) EDX元素分布图：显示了Ag、Si、Pb、N、O等元素在接触界面的分布：
Ag颗粒均匀分布于硅金字塔的整个表面，形成了有效的电流传输路径。 Pb元素也分布在玻璃层中，增强了界面的导电性。
路径I：部分电流通过Ag颗粒直接传输，但相比TPC电池，直接接触更少。 路径II和III：电流主要通过玻璃层中的Ag胶体进行隧道效应传输。这种多步传输机制极大地减少了金属化复合损失，显著降低了J0,metal。
图14: Ag-Si接触示意图
(a) 传统Ag-Al浆料的接触机制：
步骤1：高温烧结过程中，Ag-Al浆料会破坏硅基表面的钝化层，增加复合损失。 步骤2：Ag颗粒与硅基板相互扩散，形成Ag-Si合金，这一过程会进一步增加复合。 步骤3：Ag-Si合金主要集中在硅金字塔的尖端区域，直接接触导致高J0,metal。
步骤1：LECO浆料在低温下不会破坏钝化层。 步骤2：激光处理后，玻璃层进一步融化，侵蚀抗反射层，形成局部腐蚀坑，增强Ag与Si的接触。 步骤3：Ag胶体在玻璃层中均匀分布，形成隧道效应，减少复合损失。
图15: 电子浓度变化的COMSOL模拟
未经处理的电池：在电池前表面的电子浓度较低，仅为1×10³ cm⁻³。 反向电压处理后：电子浓度显著增加，达到了3×10¹⁶ cm⁻³。 激光处理后：电子浓度进一步提升至3×10¹⁹ cm⁻³。 LECO处理后：当激光和反向电压同时处理时，电子浓度提升至4×10¹⁹ cm⁻³。这种高电子浓度有助于在玻璃层中形成更大的反向电流，提升玻璃的熔化温度，增强接触界面的导电性，从而提高填充因子（FF）。
