Paano Pinilit ng Isang Laser Step

Mabilis na sagot: Bago ang 2024, halos lahat ng TOPCon front silver paste ay aluminium-doped, dahil tumutulong ang aluminium sa paste na makapasok sa anti-reflective coating habang nagfi-firing at makabuo ng contact. Isang laser step ang nagbago sa requirement na iyon. Kapag ginamit ang laser para buksan ang contact regions bago ang metallisation, hindi na kailangang tumagos ng paste sa coating mismo, kaya ang aluminium doping na nagpapagana sa burn-through ay hindi na kailangan at nagiging liability, dahil ang aluminium sa emitter ay nagpapataas ng recombination. Ang mga firing temperature na kasangkot ay nasa paligid ng 650 °C hanggang 700 °C. Ang pagbabagong sumunod ay isang magandang halimbawa kung paano binabago ng isang prosesong idinagdag ang specification para sa bawat materyal na nasa upstream nito, at kung bakit nagbabago ang mga paste formulation kasabay ng metallisation route sa halip na mag-isa.

PV Module Manufacturing · ni Jerry, Ooitech

Introduction

Bago ang 2024, TOPCon front silver paste ay halos lahat aluminum-doped. Tumutulong ang aluminum na makapasok sa dielectric layers, tumutulong na mapababa ang contact resistance, at lahat ay gumagamit nito nang maayos. Pagkatapos ay dumating ang LECO at nabaligtad ang buong larawan. Ang aluminum-free silver paste ay nanguna halos sa isang gabi, at ang aluminum-doped paste ay bumaba sa supporting role. Pagkatapos nito, lahat ay nagpokus nang malalim sa aluminum-free na direksyon, nagpupursige sa paste formulas, molecular design, at process synergy.

Kaya bakit nga ba kayang yugyugin ng isang laser process ang silver paste formula nang ganito kalakas? Sa linya, maraming tao ang nakakaalam na nangyari ito, pero hindi kung bakit. Unawain ito, at talagang nauunawaan mo ang TOPCon front sintering.

Ang TOPCon front metallization ay lumilipat mula sa "material dominates contact" tungo sa "material, laser, emitter at fingers sharing the work."

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 functional layers tulad ng SiOxNy, at ang eksaktong stack ay nagkakaiba depende sa manufacturer. Sa ilalim ng lahat ng iyon ay 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 "kainin" ang mga dielectric film na ito nang paisa-isang layer sa loob ng ilang segundo ng sintering, para makapag-ugat ito sa emitter surface. Maraming film, maraming gate. Bawat layer ay may iba't ibang komposisyon, kapal at density. Para sa glass frit, ang mga ito ay iba't ibang putahe, at bawat isa ay nangangailangan ng sarili nitong init. Iyon ang structural reason kung bakit natural na makitid ang TOPCon front sintering window: hindi ka nagsi-sinter ng isang film, nagsi-sinter ka ng marami.

Aluminum-Doped Era: Ang Aluminum Ay Isang Double-Edged Sword

Paano nga ba kumokonekta ang silver paste sa silicon? Halos ganito. Natutunaw ang glass frit at inuukit ang mga dielectric film nang paisa-isang layer. Lampas 650°C, nagsisimulang matunaw ang silver sa molten glass. Noong 2016, kinunan ito ng NREL at SLAC nang 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 natunaw na silver ions ay sumusunod sa glass patungo sa emitter surface, tumutugon sa silicon sa isang oxidation-reduction reaction, at muling namumuo bilang metallic silver, na lumalaki tungo sa mga hanay ng "silver spikes." Sa paglamig, ang silver crystallites na may sukat na ilang nanometer ay namumuo sa loob ng glass, na bumubuo ng conductive channels na nagdadala ng kuryente palabas.

Sa madaling salita: ang front sintering ay pagpapalakad sa silver sa glass, at pagpapaugat nito sa loob ng emitter.

Sa prosesong ito, ang trabaho ng aluminum ay tunay. Tumutulong ito na makapasok sa dielectric layers, at pinapababa ang contact resistance. Pero nagtatanim din ang aluminum ng mga landmine. Ang boron emitter junction depth ay 0.8 hanggang 1 micron lamang. Ang silver spikes ay kailangang lumalim nang sapat para makabuo ng low-resistance contact, pero hindi dapat tumagos sa p-n junction. Binabago ng aluminum ang glass phase reaction, ang interface etching, at ang metal precipitation behavior. Sa ilang process systems, ang sobrang pagkakasangkot ng aluminum ay maaaring magpataas ng panganib ng contact over-firing at emitter damage. At ang bad debt ng aluminum ay hindi lamang itong isang passivation account. Sa high-temperature sintering, ang metal fingers ay lumulubog at kumakalat. Pagkatapos ng firing, ang mga fingers ay lumalapad at umiikli, lumalaki ang shading area, at tumataas ang optical loss. Sa aluminum-doped era, ito ay dalawang masamang ledger: nasasaktan ang interface ng aluminum, at nasusunog ng apoy ang mga fingers.

Isang linya: ipinagpalit ng aluminum-doped era ang brute force ng aluminum para sa contact, at binayaran ang bill 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 ay standard industry configuration. Ang kahulugan nito ay hindi "isang karagdagang laser step." Ang kahulugan nito ay muling ipinamamahagi nito ang 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 lokal na pagproseso sa contact interface para "i-activate" ang contact. Ang trabahong ginagawa ng aluminum, kaya rin gawin ng laser, at ginagawa ito nang mas tumpak, nang hindi sinasaktan ang passivation.

Alisin ang aluminum, at ang pinakamalaking front-side hazard, ang aluminum punch-through na sumisira sa boron emitter passivation, ay nawawala sa pinagmulan. Ito ang tinatawag ng industriya na "big jump": diretso mula sa aluminum-doped silver paste tungo sa aluminum-free silver paste, na halos walang transition state sa pagitan.

Narito ang point line na pinakamadaling maling unawain ng mga tao: ang aluminum-free silver paste ay hindi simpleng "tanggalin ang aluminum." Tanggalin ang aluminum, at ang trabaho ng pagpasok sa dielectric layers ay buong-buong mapupunta sa glass frit, habang ang contact formation ay mapupunta sa LECO. Ang glass formula, silver powder morphology, at sintering temperature window ng aluminum-free paste ay kailangang muling idisenyo. Ang pagtanggal ng aluminum ay naghahati sa isang lumang problema sa dalawang bagong problema, at pagkatapos ay nilulutas ang mga ito nang isa-isa.

Pagkatapos ng Aluminum-Free, Ang Labanan Ay Tungkol Sa "Inner Skill"

Ang aluminum-free silver paste ay hindi finish line, ito ay start line. Sa nakalipas na dalawang taon, lahat ay nagpapino sa aluminum-free na direksyon, nagpupursige sa sariling "inner skill" ng paste. 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 work sa Matter. Iyan ang pinakabagong showpiece ng alon na ito ng inner skill.

26.31%-efficiency TOPCon solar cells na pinagana ng synergistic metallization na may pinababang optical shading at contact resistance losses, https://doi.org/10.1016/j.matt.2026.102965

Buksan ito, at gumawa ito ng dalawang bagay na walang sinuman sa aluminum era ang mangangahas na isipin.

Una, ginawa nitong "conformal" ang silver paste. Simula sa reversible breakdown at rebuild mechanism ng polymer thixotropic network sa paste, muling dinisenyo nila ang molecular configuration ng polymer network at ang intermolecular hydrogen bond network, kaya "tumitindig" ang paste 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 pinakakinatatakutan ng high-temperature sintering ay ang finger slumping at pagkalat. Ang 55% aspect ratio ay nangangahulugang matinding pagbaba ng shading, at malaking bahagi ng optical loss ang natipid. Ito ang "clever force" sa antas ng paste, hindi brute force ng aluminum, kundi rheology design.

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

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 large-area TOPCon cells. Ang Jsc gain na ito ay hindi talaga mula sa mas malakas na sintering na "nagsusunog" sa contact, kundi mula sa "pag-save" ng loss 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% work na iyon. Maraming tao ang tumitingin lamang sa double-layer poly-Si sa likod nito, ngunit ang front side nito ay nasa ilalim din ng kutsilyo, at ang lohika ay pareho sa Matter work.

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 daliri ay pinapayat mula 20 μm hanggang 10 μm, at ang pitch ay hinigpitan mula 1120 μm hanggang 825 μm, gamit ang mas siksik at mas pinong mga daliri upang mabayaran ang lateral transport loss ng high sheet resistance, at binabawasan ang paggamit ng silver bawat unit area ng mga isang-katlo sa proseso. Ang kabilang paa ay sumasandal sa contact activation process upang suportahan ito, na nilulutas ang high-sheet-resistance contact problem sa metallization step.

Ang mas kawili-wili ay ang paglalagay ng dalawang gawa nang magkatabi. Parehong team. Nature Energy "humaharang sa silver" sa likod, Matter "nag-aalis ng aluminum" sa harap. Isang harap, isang likod, pareho ay "subtraction sa metallization." Ang playbook ng aluminum-era na "trade brute force for contact, bayaran ng passivation" ay sistematikong tinatanggal, pinalitan ng: matalinong paste, point-located laser, pinong mga daliri, makapal na passivation.

Ang Susunod na Laban: Gumamit ng Mas Kaunting Silver

Nalutas ng aluminum-free ang "passivation damage" problem, ngunit ang susunod na hakbang sa cost-down at efficiency-up ay "bawasan ang silver content."

Kung ang aluminum-free silver paste ay lumulutas sa "paano gumawa ng contact nang hindi sinasaktan ang passivation," kung gayon ang silver-coated copper, low-silver paste, at maging ang pure copper metallization ay lumulutas sa susunod na problema: paano gumamit ng mas kaunting silver.

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 humaharap sa pure copper paste at nickel paste at iba pang base-metal conductive pastes. Ang ACM metallization solution ng LONGi ay nakalagay na sa board.

Sa 2026, ang pagiging silver-free ay lumipat mula sa "research direction" tungo sa "industrialization race."

Nalutas ng aluminum-free silver paste ang "paano hindi sasaktan ang passivation," ang high-copper / pure-copper paste ay kailangang lutasin ang "paano gumamit ng mas kaunting silver." Ang susunod na laban ay nagsimula na.

Tatlong Linya Na Dadalhin Pabalik Sa Linya

Una, ang aluminum-free ay hindi tungkol sa pag-save ng pagsisikap, ito ay tungkol sa pagbabago ng laro. Mula sa "aluminum burns through for you" tungo 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, na nangangailangan ng mas mahigpit na koordinasyon.

Pangalawa, bago mo i-tune ang front sintering window, alamin muna kung ilang film ang nasa harap mo at kung ano ang bawat isa. Ang "eat-through" times ng iba't ibang stack ay nagdadagdag. Huwag lang tumingin sa peak ng furnace curve, panoorin ang temperature band at reaction time na tumutugma sa bawat film.

Pangatlo, ang tatlong ledger ng front efficiency ay binibilang nang hiwalay ngayon. Ang mga daliri ay humahawak sa shading (aspect ratio ang susi), paste plus LECO ang humahawak sa contact, sheet resistance plus passivation films ang humahawak sa recombination. Alinmang ledger ang hindi balanse ay doon nagkakaproblema ang efficiency. Sa hinaharap, isang pang-apat na item ang idadagdag sa ledger na ito: silver content.

Pananaw ng Ooitech

Ang nakakagulat sa amin sa pagmamasid sa pagbabagong ito ay ang front-side game ay hindi na tungkol sa isang hero material na nagdadala ng buong contact. Ang LECO, mas pinong mga daliri, mas mataas na sheet resistance at mas makapal na passivation ay naghahati na ng trabaho, at binabago nito kung paano dapat isipin ng isang module line ang 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 ise-set up ang tabber-stringer at interconnection, kaya ang cell metallization trends ay hindi lamang alalahanin ng cell-maker. Interesadong makinig mula sa mga line engineer kung ano talaga ang unang nasisira kapag pinipilit mo ang mga window na ito. Kung gusto mo ng mas hands-on na solar factory content, ang aming YouTube channel www.youtube.com/ooitech ay sulit i-follow.