Paano Pinilit ng Isang Laser Step ang Buong Front-Side Silver Paste na Baguhin ang Dugo Nito

Panimula

Bago ang 2024, ang TOPCon front silver paste ay halos lahat ay aluminum-doped. Tumutulong ang aluminum na masunog ang mga dielectric layer, tumutulong na ibaba ang contact resistance, at ginagamit ito ng lahat nang maayos. Pagkatapos ay dumating ang LECO at nabaligtad ang buong larawan. Ang aluminum-free silver paste ang nanguna halos magdamag, at ang aluminum-doped paste ay bumaba sa pangalawang papel. Pagkatapos nito, lahat ay nagtuon sa aluminum-free na direksyon, nagpakahirap sa mga formula ng paste, molecular design, at process synergy.

Kaya bakit kayang yugyugin ng isang proseso ng laser ang formula ng silver paste nang ganito kalakas? Sa linya, maraming tao ang nakakaalam na nangyari ito, ngunit hindi kung bakit. Kapag naunawaan mo ito, talagang nauunawaan mo ang front sintering ng TOPCon.

Ang front metallization ng TOPCon ay lumilipat mula sa "materyal ang nangingibabaw sa contact" patungo sa "materyal, laser, emitter, at fingers ang nagbabahagi ng trabaho."

Magsimula sa Front Structure

Kumuha ng tipikal na TOPCon structure. Ang front side ay karaniwang multi-layer dielectric film stack, halimbawa SiOx, SiNx, AlOx. Ang ilang proseso ay nagdadala rin ng mga functional layer tulad ng SiOxNy, at ang eksaktong stack ay nag-iiba ayon sa manufacturer. Sa ilalim ng lahat ng iyon ay nakaupo ang boron-diffused emitter, na may tipikal na junction depth na 0.8 hanggang 1 micron lamang.

Ang glass frit sa silver paste ay kailangang "kumain" sa mga dielectric film na ito nang paisa-isa sa loob ng ilang segundo ng sintering, upang makapag-ugat ito sa surface ng emitter. Maraming film, maraming gate. Ang bawat layer ay may iba't ibang komposisyon, kapal, at densidad. Sa glass frit, ito ay ilang magkakaibang putahe, at bawat isa ay nangangailangan ng sariling init. Iyon ang structural na dahilan kung bakit natural na makitid ang sintering window ng TOPCon front: hindi ka nag-sinter ng isang film, nag-sinter ka ng marami.

Panahon ng Aluminum-Doped: Ang Aluminum ay May Dalawang Talim na Espada

Paano ba talaga kumokonekta ang silver paste sa silicon? Humigit-kumulang ganito. Ang glass frit ay natutunaw at binubutas ang mga dielectric films layer by layer. Paglipas ng 650°C, nagsisimulang matunaw ang silver sa molten glass. Noong 2016, kinunan ito ng NREL at SLAC ng live gamit ang in-situ X-ray: sa 700°C, sa loob lamang ng 10 segundo, 70% ng silver ay natunaw sa glass phase. Ang mga dissolved silver ions ay sumusunod sa glass patungo sa emitter surface, nagre-react sa silicon sa isang oxidation-reduction reaction, at namuo muli bilang metallic silver, lumalaki bilang mga hanay ng "silver spikes." Sa paglamig, ang mga silver crystallites na ilang nanometer ang laki ay namuo sa loob ng glass, na bumubuo ng conductive channels na nagdadala ng current palabas.

Sa madaling salita: ang front sintering ay pagpapalakad sa silver sa pamamagitan ng glass, at pag-ugat nito sa loob ng emitter.

Sa prosesong ito, tunay ang trabaho ng aluminum. Nakakatulong itong masunog ang dielectric layers, at pinipiga nito ang contact resistance. Ngunit nagtatanim din ang aluminum ng mga landmine. Ang boron emitter junction depth ay 0.8 hanggang 1 micron lamang. Kailangang sapat ang lalim ng silver spikes upang makabuo ng low-resistance contact, ngunit hindi dapat tumagos sa p-n junction. Binabago ng aluminum ang glass phase reaction, ang interface etching, at ang metal precipitation behavior. Sa ilalim ng ilang process systems, ang sobrang partisipasyon ng aluminum ay maaaring magpataas ng panganib ng contact over-firing at emitter damage. At ang utang ng aluminum ay hindi lamang itong isang passivation account. Sa ilalim ng high-temperature sintering, ang metal fingers ay lumulubog at kumakalat. Pagkatapos ng firing, lumalawak at umiikli ang mga fingers, lumalaki ang shading area, at tumataas ang optical loss. Sa aluminum-doped era, ito ay dalawang masamang ledger: ang interface ay nasasaktan ng aluminum, at ang mga fingers ay nasusunog ng apoy.

Isang linya: ang aluminum-doped era ay ipinagpalit ang brute force ng aluminum para sa contact, at binayaran ang bayarin gamit ang passivation at optics.

Nang Dumating ang LECO, Nagbago ang Langit

Ang LECO (Laser Enhanced Contact Optimizing) ay unang iminungkahi noong 2016 ng Cell Engineering. Pumasok ito sa TOPCon mass production noong 2023-2024, at ito na ngayon ang standard industry configuration. Ang kahulugan nito ay hindi "isa pang laser step." Ang kahulugan nito ay ito ay nagre-rebisa ng mekanismo ng front contact formation. Sa unang pagkakataon, ang inisyatiba ng contact formation ay bahagyang inalis sa mga kamay ng paste at ibinigay sa laser, na gumagawa ng tumpak na local processing sa contact interface upang "i-activate" ang contact. Ang trabahong dati ginagawa ng aluminum, kayang gawin din ng laser, at ginagawa ito nang mas tumpak, nang hindi sinasaktan ang passivation.

Alisin ang aluminyo, at ang pinakamalaking panganib sa harapang bahagi, ang pagbutas ng aluminyo na sumisira sa passivation ng boron emitter, ay mawawala sa pinagmulan. Ito ang tinatawag ng industriya na "malaking pagtalon": direkta mula sa aluminum-doped silver paste patungo sa aluminum-free silver paste, na halos walang transition state sa pagitan.

Narito ang puntong madalas na mali ang pagkabasa ng mga tao: ang aluminum-free silver paste ay hindi lamang "burahin ang aluminyo." Burahin ang aluminyo, at ang trabaho ng pagtusok sa mga dielectric layers ay babagsak sa glass frit, habang ang contact formation ay babagsak sa LECO. Ang glass formula, silver powder morphology, at sintering temperature window ng aluminum-free paste ay kailangang i-redesign lahat. Ang pag-alis ng aluminyo ay hinahati ang isang lumang problema sa dalawang bagong problema, pagkatapos ay nilulutas ang mga ito isa-isa.

Pagkatapos ng Aluminum-Free, Ang Laban ay sa "Inner Skill"

Ang aluminum-free silver paste ay hindi ang finish line, ito ang start line. Sa nakalipas na dalawang taon, lahat ay nagpapakinis sa aluminum-free na direksyon, hinahasa ang "inner skill" ng paste mismo. Ngayong Agosto, ang Ye Jichun team sa Ningbo Institute of Materials, kasama ang JA Solar at Zhejiang Guangda Electronics, ay naglathala ng 26.31% front metallization na gawa sa Matter. Iyan ang pinakabagong showcase ng alon ng inner skill na ito.

26.31%-efficiency TOPCon solar cells enabled by synergistic metallization with reduced optical shading and contact resistance losses, https://doi.org/10.1016/j.matt.2026.102965

Buksan ito, at ginawa nito ang dalawang bagay na walang sinuman sa aluminum era ang maglalakas-loob na isipin.

Una, ginawa nitong "conformal" ang silver paste. Simula sa reversible breakdown at rebuild mechanism ng polymer thixotropic network sa paste, ni-redesign nila ang molecular configuration ng polymer network at ang intermolecular hydrogen bond network, kaya ang paste ay "tumayo" pagkatapos i-print. Ang printed finger aspect ratio ay umabot sa 55%, kaya ang mga daliri ay matangkad at makitid. Huwag maliitin ang numerong iyon. Ang kinatatakutan ng high-temperature sintering ay ang pagbagsak at pagkalat ng mga daliri. Ang 55% aspect ratio ay nangangahulugang bumaba nang husto ang shading, at malaking bahagi ng optical loss ang natipid. Ito ang "matalinong puwersa" sa antas ng paste, hindi ang brute force ng aluminyo, kundi ang rheology design.

Pangalawa, ginawa nitong "point-located" ang contact. Ang kanilang customized na proseso ng LECO ay naglalapat ng reverse bias sa cell habang ang isang single-frequency laser ay patuloy na nag-scan sa mga front fingers. Ang carrier injection ay nag-trigger ng lokal na Joule heat, na bumubuo ng hemispherical Pb-Ag/Si alloy contact sa balikat ng pyramid. Tandaan ang tatlong keyword: mababang penetration, mababang resistance, discrete sites. Ang metal-semiconductor contact reaction ay nakakulong sa maliliit na punto, sa halip na ang buong surface ay "nasusunog" tulad ng tradisyonal na sintering. Ang aluminum-induced lattice damage ay nawala, at ang metal-induced recombination loss ay bumaba nang malaki.

Ang resulta ng Ningbo Institute: 26.31% third-party certified efficiency, short-circuit current density 41.98 mA/cm², na nagtatakda ng certified record para sa Jsc ng malalaking lugar na TOPCon cells. Ang gain na ito sa Jsc ay hindi talaga mula sa mas malakas na sintering na "sumusunog" sa contact, kundi mula sa "pagtitipid" ng pagkawala sa magkabilang dulo nang sabay, finger shading at interface recombination.

Ang Front Side Ay Hindi Lamang Larangan ng Paste

Kunin muli ang Nature Energy 26.66% na trabaho. Maraming tao ang nakatingin lamang sa double-layer poly-Si sa likod nito, ngunit ang front side nito ay pinag-aaralan din, at ang lohika ay pareho sa Matter trabaho.

Sa harap, ang boron emitter sheet resistance ay itinaas mula sa karaniwang 215 Ω/sq hanggang 430 Ω/sq. Ang mas mataas na sheet resistance ay nangangahulugan ng mas mahusay na passivation (minority carrier lifetime tumaas mula 0.70 ms hanggang 1.12 ms, dark saturation current density bumaba mula 9 hanggang 5 fA/cm²), ngunit ang contact ay nagiging mas mahirap gawin. Ang solusyon ay lumalakad sa dalawang paa. Ang mga fingers ay pinakipot mula 20 μm hanggang 10 μm, at ang pitch ay pinalapit mula 1120 μm hanggang 825 μm, gamit ang mas siksik at mas pinong mga fingers upang mabayaran ang lateral transport loss ng mataas na sheet resistance, at bawasan ang paggamit ng pilak bawat unit area ng halos isang-katlo. Ang kabilang paa ay umaasa sa contact activation process upang suportahan ito, nilulutas ang problema ng high-sheet-resistance contact sa metallization step.

Ang mas kawili-wili ay ilagay ang dalawang trabaho nang magkatabi. Parehong koponan. Nature Energy "nagbablock ng pilak" sa likod, Matter "nag-aalis ng aluminum" sa harap. Isa sa harap, isa sa likod, pareho ay "pagbabawas sa metallization." Ang playbook ng panahon ng aluminyo na "ipagpalit ang lakas para sa kontak, bayaran ng passivation" ay sistematikong inaalis na, pinapalitan ng: matalinong paste, point-located laser, pinong mga daliri, makapal na passivation.

Ang Susunod na Laban: Gumamit ng Mas Kaunting Pilak

Ang walang-aluminyo ay nalutas ang problemang "passivation damage," ngunit ang susunod na hakbang sa pagbaba ng gastos at pagtaas ng kahusayan ay "bawasan ang nilalaman ng pilak."

Kung ang walang-aluminyo na silver paste ay sumasagot sa "paano makipagkontak nang hindi sinisira ang passivation," ang silver-coated copper, low-silver paste, at maging ang purong copper metallization ay sumasagot sa susunod na problema: paano gumamit ng mas kaunting pilak.

Ang DK Electronic ay nakabuo ng copper-based low-silver metallization solution, at nakipagtulungan sa mga nangungunang customer upang maging una sa mass production sa TOPCon cells. Ang JinkoSolar ay tinutugunan ang purong copper paste at nickel paste at iba pang base-metal conductive pastes. Ang ACM metallization solution ng LONGi ay nailagay na sa board.

Sa 2026, ang pag-alis ng pilak ay lumipat mula sa "direksyon ng pananaliksik" patungo sa "lahi ng industriyalisasyon."

Ang walang-aluminyo na silver paste ay sumagot sa "paano hindi masira ang passivation," ang high-copper / pure-copper paste ay kailangang sumagot sa "paano gumamit ng mas kaunting pilak." Ang susunod na laban ay nagsimula na.

Tatlong Linya na Dadalhin Pabalik sa Linya

Una, ang walang-aluminyo ay hindi tungkol sa pagtitipid ng pagsisikap, ito ay tungkol sa pagbabago ng laro. Mula sa "ang aluminyo ay sumusunog para sa iyo" hanggang sa "formula plus laser synergy." Unawain ito, at malalaman mo kung bakit ang process window ay makitid pa rin, dahil ngayon ang burn-through at contact ay dalawang independiyenteng mekanismo na gumagana, nangangailangan ng mas mahigpit na koordinasyon.

Pangalawa, bago mo i-adjust ang front sintering window, alamin muna kung ilang pelikula ang nasa harap mo at kung ano ang bawat isa. Ang "oras ng pagkaing" ng iba't ibang stacks ay nagdadagdag. Huwag lamang titigan ang tuktok ng furnace curve, panoorin ang temperature band at reaction time na nakatugma sa bawat pelikula.

Pangatlo, ang tatlong ledger ng front efficiency ay hiwalay nang binibilang ngayon. Ang mga daliri ay humahawak sa shading (ang aspect ratio ay susi), ang paste plus LECO ay humahawak sa contact, ang sheet resistance plus passivation films ay humahawak sa recombination. Alinmang ledger ang hindi balanse ay kung saan natatrap ang kahusayan. Sa hinaharap, isang ikaapat na item ang idadagdag sa ledger na ito: nilalaman ng pilak.

Pananaw ng Ooitech

Ang kapansin-pansin sa pagbabagong ito ay hindi na tungkol sa isang pangunahing materyal na humahawak sa buong kontak ang front-side game. Ang LECO, mas pinong mga daliri, mas mataas na sheet resistance at mas makapal na passivation ay naghahati na ngayon sa trabaho, at iyon ay nagbabago kung paano dapat mag-isip ang isang module line tungkol sa upstream cell inputs at downstream stringing. Sa aming panig na nagtatayo ng turnkey module production lines, ang aspect ratio at finger width tulad ng 10 μm at 55% na mga numero dito ay direktang nakakaapekto sa kung paano naka-set up ang tabber-stringer at interconnection, kaya ang cell metallization trends ay hindi lamang alalahanin ng cell-maker. Gusto naming marinig mula sa mga line engineer kung ano talaga ang unang nasisira kapag itinulak ninyo ang mga window na ito. Kung gusto ninyo ng mas hands-on na solar factory content, ang aming YouTube channel www.youtube.com/ooitech ay sulit na sundan.