Jak jeden etap laserowy wymusił zmianę całej pasty srebrowej na przedniej stronie

Wprowadzenie

Przed 2024 rokiem pasta srebrna na front TOPCon była prawie w całości domieszkowana aluminium. Aluminium pomagało przebić się przez warstwy dielektryczne, pomagało obniżyć rezystancję kontaktu i wszyscy używali jej bez problemu. Potem pojawił się LECO i cały obraz się odwrócił. Pasta srebrna bez aluminium przejęła prowadzenie niemal z dnia na dzień, a pasta domieszkowana aluminium spadła do roli wspierającej. Po tym wszyscy zagłębili się w kierunku bez aluminium, szlifując formuły past, projektowanie molekularne i synergię procesową.

Dlaczego więc jeden proces laserowy może tak mocno wstrząsnąć formułą pasty srebrnej? Na linii wielu ludzi wie, że to się stało, ale nie dlaczego. Zrozumienie tego daje prawdziwe zrozumienie spiekania frontu TOPCon.

Metalizacja frontu TOPCon przechodzi od „materiał dominuje nad kontaktem” do „materiał, laser, emiter i palce dzielą pracę”.

Zacznij od struktury frontu

Weź typową strukturę TOPCon. Strona frontowa to zwykle wielowarstwowy stos folii dielektrycznych, na przykład SiOx, SiNx, AlOx. Niektóre procesy wprowadzają również warstwy funkcjonalne, takie jak SiOxNy, a dokładny stos różni się w zależności od producenta. Pod tym wszystkim znajduje się emiter domieszkowany borem, o typowej głębokości złącza tylko 0,8 do 1 mikrona.

Szkło w paście srebrnej musi „przegryźć” się przez te folie dielektryczne warstwa po warstwie w ciągu kilku sekund spiekania, aby mogło zakorzenić się na powierzchni emitera. Wiele folii, wiele bramek. Każda warstwa ma inny skład, grubość i gęstość. Dla szkła są to różne potrawy, a każda wymaga własnego ciepła. To jest strukturalny powód, dla którego okno spiekania frontu TOPCon jest naturalnie wąskie: nie spiekasz jednej folii, spiekasz wiele.

Era domieszkowania aluminium: aluminium jest mieczem obosiecznym

Jak srebrna pasta faktycznie łączy się z krzemem? Mniej więcej tak. Szkło topi się i trawi warstwy dielektryczne, otwierając je warstwa po warstwie. Powyżej 650°C srebro zaczyna rozpuszczać się w stopionym szkle. W 2016 roku NREL i SLAC sfilmowały to na żywo za pomocą rentgenowskiej mikroskopii in-situ: w temperaturze 700°C, w ciągu zaledwie 10 sekund, 70% srebra rozpuściło się w fazie szklanej. Rozpuszczone jony srebra podążają ze szkłem w kierunku powierzchni emitera, reagują z krzemem w reakcji utleniania-redukcji i ponownie wytrącają się jako metaliczne srebro, tworząc rzędy "srebrnych kolców". Podczas chłodzenia, wewnątrz szkła wytrącają się krystality srebra o rozmiarach kilku nanometrów, tworząc przewodzące kanały, które wyprowadzają prąd.

Mówiąc prościej: sinterowanie przedniej strony to pozwolenie srebru na spacer przez szkło i zakorzenienie się w emiterze.

W tym procesie rola aluminium jest bardzo realna. Pomaga przepalić warstwy dielektryczne i obniża rezystancję styku. Ale aluminium sadzi też miny. Głębokość złącza emitera borowego wynosi tylko od 0,8 do 1 mikrona. Srebrne kolce muszą sięgać wystarczająco głęboko, aby utworzyć niskooporowy styk, ale nie mogą przebić złącza p-n. Aluminium zmienia reakcję fazy szklanej, trawienie międzyfazowe i zachowanie wytrącania metalu. W niektórych systemach procesowych zbyt duży udział aluminium może zwiększyć ryzyko przegrzania styku i uszkodzenia emitera. A dług aluminium to nie tylko ten jeden rachunek pasywacji. Podczas wysokotemperaturowego sinterowania metalowe palce osiadają i rozpływają się. Po wypaleniu palce stają się szersze i krótsze, obszar zacienienia rośnie, a straty optyczne rosną. W erze domieszkowania aluminium są to dwa złe bilanse: interfejs jest uszkadzany przez aluminium, a palce są spalane ogniem.

Jedna linia: era domieszkowania aluminium wymieniła brutalną siłę aluminium na kontakt, a rachunek zapłaciła pasywacją i optyką.

Kiedy pojawiło się LECO, niebo się zmieniło

LECO (Laser Enhanced Contact Optimizing) zostało po raz pierwszy zaproponowane w 2016 roku przez Cell Engineering. Weszło do masowej produkcji TOPCon w latach 2023-2024 i jest obecnie standardową konfiguracją branżową. Jego znaczenie nie polega na "jednym dodatkowym kroku laserowym". Jego znaczenie polega na tym, że redystrybuuje mechanizm tworzenia kontaktu przedniego. Po raz pierwszy inicjatywa tworzenia kontaktu jest częściowo odebrana paście i przekazana laserowi, który wykonuje precyzyjną obróbkę lokalną na interfejsie styku, aby "aktywować" kontakt. Pracę, którą kiedyś wykonywało aluminium, laser może wykonać również, i robi to bardziej precyzyjnie, bez szkody dla pasywacji.

Wyjmij aluminium, a największe zagrożenie od strony przedniej, czyli przebicie aluminium niszczące pasywację emitera borowego, znika u źródła. To właśnie branża nazywa "wielkim skokiem": bezpośrednio z pasty srebrnej domieszkowanej aluminium do pasty srebrnej bez aluminium, prawie bez stanu przejściowego pomiędzy.

Oto punkt, który ludzie najczęściej błędnie odczytują: pasta srebrna bez aluminium to nie po prostu "usunięcie aluminium." Usuń aluminium, a zadanie przepalenia warstw dielektrycznych spada w całości na szkliwo, podczas gdy tworzenie kontaktu spada na LECO. Formuła szkliwa, morfologia proszku srebra i okno temperatury spiekania pasty bez aluminium muszą zostać zaprojektowane od nowa. Usunięcie aluminium dzieli jeden stary problem na dwa nowe, a następnie rozwiązuje je jeden po drugim.

Po usunięciu aluminium walka toczy się o "wewnętrzne umiejętności"

Pasta srebrna bez aluminium to nie linia mety, to linia startu. Przez ostatnie dwa lata wszyscy doskonalili się w kierunku bez aluminium, szlifując "wewnętrzne umiejętności" samej pasty. W sierpniu zespół Ye Jichuna z Ningbo Institute of Materials, wraz z JA Solar i Zhejiang Guangda Electronics, opublikował pracę o metalizacji przedniej z wydajnością 26,31% w Matter. To najnowszy popis tej fali wewnętrznych umiejętności.

Ogniwa słoneczne TOPCon o wydajności 26,31% dzięki synergicznej metalizacji z redukcją cienia optycznego i strat rezystancji kontaktowej, https://doi.org/10.1016/j.matt.2026.102965

Rozłóż to na czynniki, a zobaczysz, że zrobiono dwie rzeczy, o których nikt w erze aluminium nie odważyłby się nawet pomyśleć.

Po pierwsze, sprawiono, że pasta srebrna jest "konforemna." Zaczynając od mechanizmu odwracalnego przebicia i odbudowy polimerowej sieci tiksotropowej w paście, przeprojektowano konfigurację molekularną sieci polimerowej i międzycząsteczkowej sieci wodorowej, tak aby pasta "stała" po wydrukowaniu. Współczynnik kształtu wydrukowanych palców osiągnął 55%, więc palce są wysokie i wąskie. Nie lekceważ tej liczby. Czego najbardziej boi się spiekanie w wysokiej temperaturze, to opadania i rozpływania się palców. Współczynnik kształtu 55% oznacza, że zacienienie gwałtownie spada, a duża część strat optycznych jest zaoszczędzona. To jest "sprytna siła" na poziomie pasty, nie brutalna siła aluminium, ale projektowanie reologiczne.

Po drugie, sprawiono, że kontakt jest "punktowo zlokalizowany." Ich dostosowany proces LECO przykłada odwrotne napięcie do ogniwa, podczas gdy laser o pojedynczej częstotliwości ciągle skanuje przednie palce. Wstrzyknięcie nośników wyzwala lokalne ciepło Joule'a, tworząc półkulisty kontakt stopu Pb-Ag/Si na ramieniu piramidy. Zwróć uwagę na trzy słowa kluczowe: niskie wnikanie, niska rezystancja, dyskretne miejsca. Reakcja kontaktu metal-półprzewodnik jest ograniczona do maleńkich punktów, zamiast całej powierzchni "przepalanej" jak w tradycyjnym spiekaniu. Uszkodzenia sieci wywołane aluminium znikają, a straty rekombinacji indukowanej metalem znacznie spadają.

Wynik Instytutu Ningbo: 26,31% wydajności potwierdzonej przez stronę trzecią, gęstość prądu zwarciowego 41,98 mA/cm², ustanawiając potwierdzony rekord Jsc dla dużych ogniw TOPCon. Ten wzrost Jsc zasadniczo nie pochodzi z mocniejszego spiekania "przepalającego" kontakt, ale z "oszczędzenia" strat na obu końcach jednocześnie, zacienienia palców i rekombinacji na granicy faz.

Przód To Nie Tylko Pole Bitwy Past

Weźmy to Nature Energy 26,66% ponownie. Wielu ludzi patrzy tylko na podwójną warstwę polikrzemu na jego tyle, ale jego przód również jest poddawany obróbce, a logika jest taka sama jak w pracy Matter .

Na przodzie rezystancja warstwy emitera borowego jest podniesiona z typowych 215 Ω/kw do 430 Ω/kw. Wyższa rezystancja warstwy oznacza lepszą pasywację (czas życia nośników mniejszościowych wzrasta z 0,70 ms do 1,12 ms, gęstość prądu nasycenia w ciemności spada z 9 do 5 fA/cm²), ale kontakt staje się trudniejszy do wykonania. Rozwiązanie opiera się na dwóch nogach. Palce są zwężone z 20 μm do 10 μm, a odstęp zmniejszony z 1120 μm do 825 μm, używając gęstszych i cieńszych palców, aby skompensować straty transportu bocznego przy wysokiej rezystancji warstwy, jednocześnie zmniejszając zużycie srebra na jednostkę powierzchni o około jedną trzecią. Druga noga opiera się na procesie aktywacji kontaktu, który stanowi zabezpieczenie, rozwiązując problem kontaktu przy wysokiej rezystancji warstwy w etapie metalizacji.

Co ciekawsze, zestawienie obu prac obok siebie. Ten sam zespół. Nature Energy "blokuje srebro" z tyłu, Matter "usuwa aluminium" z przodu. Jeden przód, jeden tył, oba to "odejmowanie w metalizacji". Playbook z epoki aluminium, oparty na zasadzie "zastąp siłę kontaktem, zapłać pasywacją", jest systematycznie wycofywany, zastępowany przez: sprytną pastę, punktowe laserowanie, cienkie palce, grubą pasywację.

Następna walka: użyć jeszcze mniej srebra

Rozwiązanie bez aluminium rozwiązało problem "uszkodzenia pasywacji", ale kolejnym krokiem w obniżaniu kosztów i zwiększaniu wydajności jest "zmniejszenie zawartości srebra."

Jeśli pasta srebrowa bez aluminium rozwiązuje problem "jak nawiązać kontakt bez uszkadzania pasywacji", to srebro pokryte miedzią, pasta o niskiej zawartości srebra, a nawet czysta metalizacja miedziana rozwiązują kolejny problem: jak użyć mniej srebra.

Firma DK Electronic opracowała miedziane rozwiązanie metalizacji o niskiej zawartości srebra i we współpracy z czołowymi klientami jako pierwsza osiągnęła masową produkcję na ogniwach TOPCon. Firma JinkoSolar pracuje nad czystą pastą miedzianą, pastą niklową i innymi pastami przewodzącymi na bazie metali nieszlachetnych. Rozwiązanie metalizacji ACM firmy LONGi jest już na stole.

W 2026 roku rezygnacja ze srebra przeszła z "kierunku badań" do "wyścigu industrializacji".

Pasta srebrowa bez aluminium rozwiązała problem "jak nie uszkodzić pasywacji", pasta o wysokiej zawartości miedzi / czystej miedzi musi rozwiązać problem "jak użyć mniej srebra". Następna walka już się rozpoczęła.

Trzy wnioski do zabrania na linię produkcyjną

Po pierwsze, brak aluminium nie polega na oszczędzaniu wysiłku, ale na zmianie strategii. Od "aluminium wypala za ciebie" do "synergia formuły i lasera". Zrozum to, a będziesz wiedział, dlaczego okno procesowe jest nadal tak wąskie, ponieważ teraz wypalanie i kontakt to dwa niezależne mechanizmy, które wymagają ściślejszej koordynacji.

Po drugie, zanim wyregulujesz okno wypalania frontu, najpierw ustal, ile warstw jest przed tobą i czym każda z nich jest. Czasy "przebijania" różnych stosów sumują się. Nie patrz tylko na szczyt krzywej pieca, obserwuj zakres temperatur i czas reakcji dopasowany do każdej warstwy.

Po trzecie, trzy bilanse wydajności frontu są teraz liczone osobno. Palce odpowiadają za zacienienie (kluczowy jest współczynnik kształtu), pasta plus LECO za kontakt, rezystancja warstwy plus warstwy pasywacyjne za rekombinację. Który bilans się nie zgadza, tam wydajność utyka. W przyszłości do tego bilansu zostanie dodana czwarta pozycja: zawartość srebra.

Opinia Ooitech

To, co nas uderza, obserwując tę zmianę, to fakt, że gra na froncie nie polega już na jednym materiale-bohaterze, który niesie cały kontakt. LECO, cieńsze palce, wyższa rezystancja warstwy i grubsza pasywacja dzielą teraz zadanie, a to zmienia sposób, w jaki linia modułów musi myśleć o wejściowych parametrach ogniw i dalszym łączeniu w stringi. Z naszej strony, budując linie produkcyjne modułów pod klucz, współczynnik kształtu i szerokość palców, takie jak te 10 μm i 55% tutaj, bezpośrednio wpływają na konfigurację tabber-stringer i wzajemnych połączeń, więc trendy w metalizacji ogniw to nie tylko zmartwienie producenta ogniw. Chętnie usłyszymy od inżynierów linii, co właściwie psuje się najpierw, gdy przesuwacie te okna. Jeśli chcecie więcej praktycznych treści o fabrykach słonecznych, nasz kanał YouTube www.youtube.com/ooitech jest wart obserwowania.