异质结太阳能电池具有工艺温度低，工艺流程简单，光电转换效率高等优点，是目前太阳能电池技术开发的热点。导电浆料直接影响异质结太阳能电池光电转换效率，因此制备高性能低成本导电浆料具有重要经济意义。本实验选用化学法银粉、银铜粉制备异质结太阳能电池用低温银浆和银铜浆，探究不同规格导电粉体搭配对导电浆料接触电阻率和线电阻的影响。实验发现采用32.5%含量纳米球形银粉（平均粒径0.4 μm）搭配60%含量片状银粉（平均粒径3.02 μm）制备纯银导电浆料，其线电阻与接触电阻率最佳，分别为1.16 Ω·cm、1.10mΩ·cm2。另外，本研究采用银包覆量为18%的球形银包铜粉（平均粒径3.46 μm）与纳米球形银粉（平均粒径0.4 μm）进行复配，成功制备了总银含量为33%的银包铜导电浆料。通过对银粉与银包铜粉的配比进行优化，该浆料表现出优异的低温快速固化特性，且其电性能可媲美纯银浆料。实验确定的最佳质量配比为20%的纳米球形银粉与72.5%的银包铜粉。在此配方下，浆料的线电阻和接触电阻率分别达到1.41 Ω·cm 和1.74 mΩ·cm²。

关键词：异质结太阳能电池 超细银粉 银包铜粉 环氧树脂 潜伏性固化剂

基金项目：广东省科技厅重点领域研发计划项目(2019B090911004)

通信作者：狄聚青，juqing.di@votinfrared.com

中图分类号：TG335.58        文献标志码：A

引用格式：闫方存，狄聚青，薛慧，陈应红，秦贤松，颜灵光，仲光洪.超细导电粉体对异质结太阳能电池金属化影响研究[J].材料导报, 2026, 40(14): 25040291

来源：中国知网

太阳能光伏发电是重要电力来源之一，因其清洁、无污染、转换效率高、发电周期长等优点得到大力发展。目前光伏发电主流技术为2.5 代N 型TOPCon 太阳能电池、3.0代N 型异质结（HJT）太阳能电池和钙钛矿太阳能电池[1-2]。HJT 电池因具有较高的光电转换效率，相对简单的工艺制程，更为节能的生产工艺而得到市场的认可[3]。目前HJT 电池正处于提效降本的关键时期，为了满足光伏新能源市场需求，少银或无银导电浆料得到市场的认可和发展。在HJT 电池应用中，电极栅线金属化一直是技术进步的重要环节，其所用低温导电浆料主要由高导电性球形银粉、片状银粉、银包铜粉、环氧树脂、潜伏性固化剂、有机助剂等组成[4-5]。

其中球形银粉与片状银粉的良好搭配有助于提高粉体堆积密度，降低栅线体电阻，环氧树脂与固化剂体系的搭配则决定低温银浆的常温储存性及加热条件下快速固化性能。另外，随着市场对降本提效要求的提高，利用银包覆贱金属如铜、镍等替代银粉来制备低温浆料得到广泛重视和发展[6]。铜本身具有良好的导电性，在20 ℃温度下，铜的体积电阻率为1.68×10-8 Ω·m，银的体积电阻率为1.59×10-8 Ω·m，表明铜粉具备替代银粉的先决条件。为达成贱金属铜替代贵金属银，降低银浆成本的目标，需要解决的主要问题有以下几点，第一，银包覆铜粉的完整性，防止因包覆不完整，造成局部铜粉裸露，降低银铜粉抗氧化性；第二，银包铜粉中，银与铜的界面需要具备较强的结合力，防止银壳脱落；第三，银包铜粉表面包覆处理工艺的选择，不同的表面包覆剂处理工艺对银铜浆电性能具有明显影响；第四，银包铜粉生产工艺的稳定性，防止不同批次银铜粉工艺不稳定，造成银铜浆电性能波动；第五，超低银含银铜粉的开发，越低银含的银包铜粉，其银壳厚度越薄，容易造成铜的裸露问题，对银包铜制备工艺提出更高的要求。目前银包铜粉可有效解决铜粉本身易氧化的问题，并具有良好的导电性和抗氧化性，被认为是银粉的理想替代产品[7]。本文通过实验验证银包铜替代纯银方案的可行性，所制备的银包铜浆料具备低温快速固化性，并具有接近纯银的线电阻和接触电阻率。为满足电池产线量产要求，低温银浆在丝网印刷后需要在较短时间内完成固化，通常产线固化工艺为150 ℃烘干3 min，然后在200 ℃温度下固化6 min，完成异质结电池片电极金属化[8]。从电池工艺角度，银浆电极烘干和固化时间的长短直接决定了电池片的生产效率，以更短的固化工艺实现电池片电极金属化有助于提高电池产量。异质结银浆的固化工艺由银浆中有机载体体系与导电功能相共同决定，电极浆料所选用的环氧树脂和固化剂体系既要保证浆料在常温下不发生固化反应，确保浆料具有较长的存储稳定期，又要满足浆料在加热温度条件下实现快速固化，完成金属化，因此环氧树脂需要搭配具有潜伏性的固化剂[9]。本文通过实验选定四官能缩水甘油胺类耐高温环氧树脂与三氟化硼-单乙胺络合物固化剂体系，并搭配咪唑类固化促进剂加快低温浆料在工艺设定温度下的固化反应速度，整体体系可以实现异质结浆料在200 ℃条件下6 min 内完成固化，同时在常温下具有良好的潜伏性。银粉作为浆料的重要组成部分，对浆料的性能具有重要的影响[10]。低温银浆中银粉的制备方法较多，主要有直流电弧等离子体法、球磨法、蒸发凝聚法、化学还原法[11]等，本文所选用的导电粉体为银粉及银包铜粉，银粉采用化学还原法制备而成，银铜粉首先采用蒸发法制备出铜粉，然后通过化学还原法及银铜置换制备得到银铜粉[12-13]，通过控制工艺参数，最终得到不同粒径规格的银粉及银包铜粉。

异质结浆料通常由多种不同粒径规格的导电粉体搭配作为导电功能相，其中大粒径的导电粉体接触可以降低电子传导过程中穿过的界面数量，从而降低线电阻[14]。但由于大颗粒粉体之间存在较多孔隙，孔隙的存在会使电子传输通道减少，从而导致电极栅线电阻升高。另外，为降低光线反射，增加光的吸收，异质结电池片在表面设计了微米级金字塔陷光结构[15]，因此电极栅线与异质结电池片透明导电氧化物薄膜（transparent conductive oxide，TCO）接触部位需填充小颗粒导电粉体，有助于形成良好接触，从而使电池片中电子能顺利的导出。通过以上分析，导电浆料确定了微米级、纳米级导电粉体搭配的实验设计思路，用不同规格的银粉、银包铜粉搭配，测试HJT电池导电浆料的栅线线电阻、接触电阻率，确定最佳的粉体组合。

1.1 试剂与仪器

纳米银粉（D50：0.15 μm，自制）；纳米银粉（D50：0.22 μm，自制）；纳米银粉（D50：0.40 μm，自制）；纳米银粉（D50：0.61 μm，自制）；球形银粉（D50：3.06 μm，自制）；片状银粉（D50：3.02 μm，自制）；球形银包铜粉（银含量18%，D50：2.20 μm，自制）；球形银包铜粉（银含量18%，D50：3.46 μm，自制）；球形银包铜粉（银含量18%，D50：4.78 μm，自制）；四官能缩水甘油胺类耐高温环氧树脂（型号：TT400，天太高新科技（广州）有限公司）；三氟化硼-单乙胺络合物（C2H6BF3N，纯度99%）；2-乙基-4-甲基咪唑（C6H10N2，GC）；二乙二醇丁醚醋酸酯（C10H20O4，纯度98%）；己二酸二甲酯（C8H14O4，纯度99%） ； 二乙二醇丁醚（C8H18O3，纯度99%）。

1.2 银浆（银包铜浆）的制备

有机载体制备：按配比称量四官能缩水甘油胺类耐高温环氧树脂、二乙二醇丁醚醋酸酯、己二酸二甲酯、二乙二醇丁醚等组分，将称量的原料置于油浴锅内加热搅拌溶解，加热温度为50 ℃，加热时间为0.5 h，电动搅拌机辅助载体混合。加热完成后，取出放置在常温下冷却，然后按配比加入三氟化硼-单乙胺络合物、2-乙基-4-甲基咪唑搅拌，制备成低温银浆及银包铜浆有机载体备用。低温银浆（银包铜浆）制备：按配比称量银粉、银包铜粉、有机载体，称量完成后将配料罐放置在均质机中进行离心搅拌，搅拌转速为800 r/min，搅拌时间1 min。最后将浆料转移到三辊机上，进行三辊轧制，以实现银粉、银包铜粉及有机载体的充分分散，并打开软团聚，实现粉体颗粒的充分润湿分散。

1.3 性能测试与表征

利用马尔文激光粒度测试仪测试银粉及银包铜粉粒径参数及颗粒分布，利用联合众工振实密度计KY测试粉体的振实密度，利用麦克默瑞提克TriStar II PLUS测试粉体比表面积，利用固纬电阻测试仪GDM-8532测试丝网印刷图形的线电阻，利用艾盛接触电阻率测试仪Ai-TLM-SCAN测试低温银浆和银包铜浆料的栅线接触电阻率，利用SEM扫描电镜XL30ESEM-TEP表征栅线与异质结电池片界面微观形貌。

2.1 银粉规格对低温异质结银浆电性能影响

2.1.1 银粉规格对银浆线电阻影响分析

不同规格银粉搭配影响异质结太阳能电池低温银浆电性能。表1 中汇总不同银粉型号的相关物理参数，表2 根据银粉搭配设计8 组实验方案，实验中将纳米球形银粉分别与微米球形银粉和片状银粉搭配，添加有机载体制备成低温银浆。

2.1.2 银粉规格对银浆接触电阻率影响

异质结电池片表层具有绒面结构，起到陷光作用，有助于提升电池片光吸收率，进而提高光电转换效率。由于绒面结构的存在，电极材料印刷后容易在绒面结构处形成较多的孔隙，导致填充率降低，使得电极栅线的接触电阻率升高，从而影响太阳能电池的光电转换效率。实验选用不同粒径纳米银粉，通过测试银浆栅线与电池片的接触电阻率来评估不同纳米粉体搭配在HJT 异质结电池片绒面结构处的填充效果。

实验所选片状银粉为厚片状银粉，该片状银粉是前期通过银粉探索实验后所确定的一款银粉，粉体具有良好的润湿性，其边缘圆滑，呈椭球形，平均粒径为3.02 μm，具有较高的振实密度（6.31g/cm3），该片状银粉可与小粒径纳米银粉形成良好的点接触，同时片状银粉与片状银粉之间可形成良好的点接触和面接触。银浆接触电阻率测试数据可参考表2，分析接触电阻率曲线图发现（图2），纳米银粉与片状银粉搭配所制导电浆料的接触电阻率要明显低于纳米银粉与球状银粉搭配所制导电浆料。

实验A1-A4 为微米级球形银粉SP-01 搭配四款纳米球形银粉，实验A3 的接触电阻率最低为1.45 mΩ·cm2，对应的粉体搭配为NP-03 与SP-01，表明纳米球形银粉平均粒径为0.40μm 时接触电阻率相对较低，升高或降低粉体的平均粒径会导致接触电阻率升高。实验A5-A8 为微米级片状银粉FP-01 分别搭配四款纳米球形银粉，所制得浆料接触电阻率平均值均低于微米级球形银粉，且实验A7 中NP-03 搭配片状银粉FP-01 的接触电阻率最低为1.10 mΩ·cm2，较球形银粉低24.2%，与硅片具有更好的接触性，有助于提高异质结电池片的光电转换效率。

图3 为异质结太阳能电池银浆金属化SEM 图，图3（a）为实验A5 球形银粉SP-01搭配纳米银粉NP-03，其线电阻低于其他球形银粉。观察SEM 图，粉体之间具备较好的点状接触， 堆积密实， 与底层ITO（IndiumTin Oxides）铟锡氧化物半导体透明导电膜 接触良好。图3（b）为实验A7片状银粉FP-01 搭配纳米银粉NP-03，观察图3（b），粉体之间堆积密实，纳米粉与片状银粉之间接触良好，同时片状银粉之间也可形成良好的面接触，粉体与ITO 膜层接触良好，并形成良好的填充。通过对比两图发现，片状银粉与纳米粉搭配可进一步降低线电阻和接触电阻率。

2.2 银铜粉规格对低温异质结银铜浆电性能影响

2.2.1 银铜粉规格对银铜浆线电阻影响分析

实验选用三款银铜粉与四款纳米银粉搭配，探索银铜粉对浆料电性能影响，并通过选用不同粒径粉体搭配，以获得较高堆积密度的粉体组合。三款银包铜粉AgCu-01、AgCu-02、AgCu-03，采用相同制备工艺和表面包覆处理工艺，银含量均为18%，其主要区别为银包铜粒度分布不同，主要参考其平均粒径（D50），平均粒径参考表3，依次为2.20 μm、3.46 μm、4.78 μm。四款纳米银粉NP-01、NP-02、NP-03、NP-04 其粉体参数参考表3，平均粒径分别为0.15 μm、0.22 μm、0.40 μm、0.61 μm。根据银粉搭配设计12 组实验方案（表4），实验通过计算银铜粉和银粉的添加比例制备银含量为33%的银铜浆，用于异质结太阳能电池正背面细栅。

本实验项目选用同种有机载体制备银铜浆，银铜粉和银粉的选择主要依据平均粒径（D50）参数，辅助参数为比表面积和振实密度。银铜浆线电阻测试数据可参考表4，分析线电阻曲线图（图4）发现，实验B1-B4 采用平均粒径为2.20 μm 的AgCu-01 银铜粉分别与四款亚微米银粉搭配，实验B2 中平均粒径为0.22μm 的NP-02 银粉线电阻相对较低，线电阻为1.64Ω·cm，银粉平均粒径升高，线电阻略有升高。

分析实验B5-B8数据发现，采用平均粒径为3.46μm的AgCu-02 银铜粉分别与四款纳米银粉搭配，随着纳米银粉的平均粒径变大，银铜浆线电阻先降低后升高，其中实验B7 中搭配NP-03 银粉的线电阻最低为1.41 Ω·cm，银粉平均粒径为0.40 μm，实验B6 平均线电阻略高于实验B7，实验B5和实验B8 平均线电阻持平且均高于实验B7的平均线电阻。分析实验B9-B12，采用平均粒径为4.78 μm 的AgCu-03 银铜粉分别与四款纳米银粉搭配，随着纳米银粉的平均粒径变大，银铜浆线电阻整体呈先降低后升高趋势，实验B11 中AgCu-03 银铜粉与NP-03银粉搭配线电阻相对较低，为1.63 Ω·cm，但相比实验B7 中的AgCu-02 平均线电阻明显升高。通过三款不同粒径银铜粉分别与四款不同粒径的亚微米银粉搭配，发现平均粒径为3.46μm 的AgCu-02 与平均粒径为0.40μm 的NP-03 搭配较好，具有更高的堆积密度，可以明显降低银铜浆固化后的线电阻，所制得浆料线电阻较纯银浆料（实验A7，1.10Ω.cm）高28%。

2.2.2 银铜粉规格对银铜浆接触电阻率影响

银铜浆接触电阻率测试数据可参考表4，实验B1-B4 为平均粒径为2.20 μm 的AgCu-01 分别搭配NP-01、NP-02、NP-03、NP-04 银粉；实验B5-B8 为平均粒径为3.46μm 的AgCu-02 分别搭配NP-01、NP-02、NP-03、NP-04 银粉；实验B9-B12 为平均粒径为4.78 μm 的AgCu-03 分别搭配NP-01、NP-02、NP-03、NP-04 银粉。

分析接触电阻率曲线图（图5）发现，实验B1-B4 接触电阻率均值偏高，约为2.1-2.3 mΩ·cm2，实验B2 中AgCu-01 搭配NP-02（平均粒径0.22 μm）的接触电阻率相对较低为2.06 mΩ·cm2，实验B4 中银铜粉AgCu-01 搭配NP-04（平均粒径0.61 μm）的接触电阻率相对较高为2.33 mΩ·cm2，初步可看出较大粒径的纳米银粉接触电阻率相对较高。实验B5-B8 接触电阻率均值较低，约为1.7-2.2 mΩ·cm2，实验B7 中AgCu-02 搭配NP-03（平均粒径0.40 μm）的接触电阻率相对最低为1.73 mΩ·cm2，实验B8 中AgCu-01 搭配NP-04（平均粒径0.61μm ） 的接触电阻率相对较高为2.26mΩ·cm2，从这四组实验中可得出不同粒径的纳米银粉和银铜粉对电池片的接触电阻率具有较明显的影响。实验B9-B12 接触电阻率均值均较高，约为2.38-2.92 mΩ·cm2，本组实验中选用较大粒径的银铜粉（平均粒径为4.78 μm）接触电阻率明显升高，较前8 组实验接触电阻率明显偏大。另外，实验面结构的接触，优选平均粒径为0.4 μm 的NP-03 纳米银粉。

图6 为异质结太阳能电池银铜浆电极栅线切面SEM 图，本图选取两款不同粒径的纳米银粉做对比，图6（a）为实验B5 球形银铜粉AgCu-02 搭配较小粒径纳米银粉NP-01，图6（b）为实验B7 银铜粉AgCu-02搭配较大粒径纳米银粉NP-03。观察图6 中两幅图片，可以清晰的观察到银包铜粉的截面形貌，并由此判断出银粉对铜粉起到了良好的包覆作用。另外，金属化电极中，银铜粉与纳米银粉之间以点接触为主，存在一定发现随着搭配的银粉粒径的增大，接触电阻率逐渐升高，表明不同粒径银粉对银铜浆与异质结电池片的接触具有明显的影响，降低接触电阻率需优化粉体粒径组合。通过分析实验B1-B12发现，不同粒径的银铜粉所制得银铜浆与异质结电池片的接触不同，优选平均粒径为3.46μm的银铜粉。另外，不同粒径的银粉也会影响电极栅线与电池片绒的孔洞，从而导致线电阻和接触电阻率的上升，优化粉体搭配，有助于降低孔洞的出现。图6（b）较图6（a）孔洞数量和区域有所降低，线电阻和接触电阻率更低，减少孔洞增加粉体间接触以及粉体与底层ITO膜层的接触，改善银铜浆金属化电极的线电阻和接触电阻率。

3 结论

（1）微米级银粉与纳米银粉对低温异质结银浆的线电阻和接触电阻率具有明显的影响，片状银粉的导电性能优于球形银粉，平均粒径为3.02μm的片状银粉与平均粒径为0.40μm纳米银粉搭配所制得低温银浆具有相对较低的线电阻和接触电阻率。

（2）银铜粉粒径对导电浆料电性能具有明显影响，过大或过小的银铜粉均会导致导电浆料线电阻和接触电阻率的升高，通过实验优选平均粒径为3.46μm的银铜粉，搭配平均粒径为0.40μm的纳米银粉制得电性能良好的低温异质结电池用银铜浆。

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