Miedziowanie TOPCon robi kolejny krok naprzód: LIF

Krótka odpowiedź: TOPCon copper plating zbliżyło się o krok do produkcji dzięki nowemu wynikowi opartemu na wcześniejszych pracach z Jiangnan University. Plating zastępuje metalizację srebrem miedzią, a przeszkodą nigdy nie była koncepcja — lecz przyczepność i warstwa barierowa, która powstrzymuje miedź przed dyfuzją do krzemu. Okno procesowe w tym badaniu wynosi około 750 °C do 800 °C dla etapu formowania kontaktu, z laserem 1064 nm używanym na etapie wzorowania i wygrzewaniem w 400 °C. Miedź jest około dwa rzędy wielkości tańsza niż pasta srebrna, którą miałaby zastąpić, a srebro jest największym pojedynczym kosztem niekrzemowym w ogniwie TOPCon. Pozostają pytania o kompatybilność linii i długoterminową niezawodność: platerowany kontakt, który przechodzi początkową wydajność, ale degraduje się w wilgotnym cieple, nie jest procesem nadającym się do produkcji.

Produkcja modułów PV · autor: Jerry, Ooitech

Wprowadzenie

Od poprzedniego badania do nowego przełomu

Wczoraj omawialiśmy artykuł z Uniwersytetu Jiangnan na temat TOPCon miedziowania: rowkowanie laserowe uszkadza krzem, krystaliczność spada o 30 punktów procentowych i wymagane jest wyżarzanie w celu naprawy. W tym artykule stwierdzono, że wyżarzanie w 750°C + czyszczenie HF może przywrócić wydajność z 23,41% z powrotem do 24,85%.

Ale każdy na linii produkcyjnej wie, że samo wyżarzanie w 750°C niesie ze sobą ryzyko powstawania pęcherzy indukowanych wodorem — okno temperaturowe jest niezwykle wąskie. Powyżej 775°C tylna warstwa pasywacyjna tworzy pęcherze, a w 800°C wynik jest jeszcze gorszy niż bez wyżarzania.

Czy istnieje lepszy sposób?

Drugi artykuł opublikowany właśnie w 2026 roku przez Jiangnan University + Jiangsu Xianghuan + DR Laser oferuje nową odpowiedź: użyj LIF (Laser-Induced Firing) do zastąpienia tradycyjnego niskotemperaturowego spiekania, jednocześnie naprawiając uszkodzenia laserowe.

Wyniki: poprawa wydajności o +0,45% abs., zysk Voc o 0,86mV, oraz — znaczna poprawa jednorodności rezystancji kontaktu.

1. Szybkie podsumowanie: przepływ cynowania miedzią TOPCon i jego punkty bólu

Standardowy proces i miejsca problematyczne

Standardowy przepływ cynowania Ni/Cu dla TOPCon:

Rowkowanie laserowe → Wyżarzanie w wysokiej temperaturze w celu naprawy uszkodzeń → Czyszczenie HF → Cynowanie Ni → Niskotemperaturowe spiekanie → Cynowanie Cu

Dwa punkty bólu:

• Rowkowanie laserowe uszkadza krzem: jak omówiono w poprzednim artykule, krystaliczność spada z 99,3% do 69,8%, co wymaga wyżarzania w wysokiej temperaturze w celu naprawy.

• Tradycyjne niskotemperaturowe spiekanie jest niejednorodne: piec nagrzewa całe ogniwo, krawędzie oddają ciepło szybciej, a środek pozostaje gorętszy, powodując, że rezystancja kontaktu jest wysoka na krawędziach i niska w środku — niejednorodny zbiór prądu pogarsza FF.

Kluczowe przełomowe odkrycie tej nowej pracy: wprowadzenie LIF do przepływu galwanicznego załatwia dwie sprawy naraz — zastępuje niejednorodne niskotemperaturowe spiekanie i pomaga w naprawie uszkodzeń laserowych.

2. Czym jest LIF i czym różni się od tradycyjnego spiekania?

Nagrzewanie piecowe vs. zgrzewanie punktowe

Tradycyjne niskotemperaturowe spiekanie: umieść całe ogniwo w piecu i wygrzewaj w temperaturze 200–400°C. Problemem jest nierównomierne nagrzewanie — krawędzie stygną szybciej, środek staje się gorętszy, a rezystancja kontaktu znacznie się różni w obrębie ogniwa.

LIF (Laser-Induced Firing): laser podczerwieni 1064nm szybko skanuje przednią stronę ogniwa, podczas gdy przykładane jest napięcie wsteczne (2–18V). Laser wzbudza nośniki fotogenerowane, napięcie wsteczne kieruje nimi w określonym kierunku, wytwarzając precyzyjne zlokalizowane nagrzewanie Joule'a na styku metal–krzem.

Różnica w jednym zdaniu: tradycyjne spiekanie to „wygrzewanie całego ogniwa”, LIF to „zgrzewanie punktowe”. LIF nagrzewa tylko obszar kontaktu pod liniami siatki, pozostawiając wszystko inne termicznie nietknięte.

3. Jak dobrze LIF działa na ogniwach miedzianych?

Znalezienie optymalnego punktu przy 14V

W pracy najpierw przeprowadzany jest eksperyment bazowy: zastosuj LIF przy różnych napięciach wstecznych na ogniwach, które już przeszły galwanizację Ni/Cu.

Optymalne parametry: polaryzacja wsteczna 14V, wzrost wydajności +0,401% abs., wzrost FF 1,22%, redukcja Rs 23%.

Dlaczego wyższe napięcie pogarsza sytuację?

W artykule wykorzystano metodę Suns-Voc do pomiaru gęstości ciemnego prądu nasycenia J01 i J02:

• J01 (reprezentujący rekombinację złącza pn): niewielka zmiana wraz z napięciem

• J02 (reprezentujący rekombinację na granicy metal–krzem): najniższa przy 14V, gwałtownie rośnie przy 16–18V

Tłumaczenie: zbyt wysokie napięcie oznacza nadmierne nagrzewanie Joule'a, a granica ulega „zaspawaniu na śmierć”. Okno mieści się dokładnie w okolicach 14V.

4. Dlaczego LIF może naprawić uszkodzenia laserowe?

Spektroskopia Ramana ujawnia sekret

W artykule przeprowadzono kluczowy eksperyment: usunięto osadzony metal i wykorzystano spektroskopię Ramana do pomiaru krystaliczności krzemu pod liniami siatki.

Oprócz wyżarzania w wysokiej temperaturze, LIF dodatkowo zwiększa krystaliczność.

Mechanizm: LIF generuje zlokalizowaną chwilową wysoką temperaturę (znacznie powyżej tradycyjnych temperatur wyżarzania), co pozwala amorficznemu krzemowi rekrystalizować się w pełniejszym stopniu, a nagrzewa tylko obszary pod liniami siatki, pozostawiając tylną warstwę pasywacyjną nietkniętą.

To rozwiązuje utrzymującą się obawę z poprzedniego artykułu — okno temperaturowe dla wyżarzania w wysokiej temperaturze jest wąskie, a powyżej 775°C tylna warstwa pasywacyjna pęcherzy się. LIF to nagrzewanie lokalne; tył pozostaje nienaruszony, więc temperatura może być wyższa, a efekt naprawy lepszy.

5. Kiedy należy stosować LIF? Czas ma znaczenie

Trzej kandydaci i wyraźny zwycięzca

Proces osadzania składa się z trzech etapów: osadzanie Ni → spiekanie w niskiej temperaturze → osadzanie Cu. Gdzie należy wstawić LIF?

W artykule porównano trzy warianty czasowe:

Wniosek: LIF działa najlepiej, gdy zostanie umieszczony na samym końcu — po zakończeniu osadzania Cu.

Dlaczego?

Po osadzaniu Cu rezystancja elektrody gwałtownie spada. Gdy LIF przykłada napięcie, rozkład prądu jest bardziej równomierny, nagrzewanie Joule'a jest bardziej równomierne, a kontakt na granicy faz jest optymalizowany dokładniej.

Jeśli LIF zostanie zastosowany tylko na warstwie Ni (przed osadzaniem Cu), rezystancja jest wysoka; to samo napięcie powoduje nadmierne nagrzewanie Joule'a, które łatwo może „zaspawać granicę faz na śmierć”.

6. Większe odkrycie: LIF może całkowicie zastąpić spiekanie niskotemperaturowe

Całkowite pominięcie pieca

Jeśli LIF może zoptymalizować kontakt Ni–Si, to czy możemy po prostu całkowicie pominąć tradycyjny etap spiekania niskotemperaturowego?

W artykule zaprojektowano eksperyment (Grupa D): Osadzanie Ni → LIF (8V) → bezpośrednie osadzanie Cu, z pominięciem etapu spiekania niskotemperaturowego.

Wyniki:

Jednorodność rezystancji kontaktu w Grupie D miażdży każdą grupę obejmującą tradycyjne spiekanie.

Dlaczego?

Tradycyjne piece do spiekania nagrzewają nierównomiernie — krawędzie szybko rozpraszają ciepło, środek jest gorętszy — powodując, że rezystancja kontaktu jest wyższa na krawędziach, a niższa w środku. LIF to skan punktowy; każdy punkt otrzymuje dokładnie tę samą energię, z natury jednorodny.

Dalsza optymalizacja napięcia LIF do 6V, Grupa D osiąga wydajność 24.74%, przy Voc osiągającym 696,72 mV — +0,45% abs. wyższa wydajność oraz +0,86 mV wyższy Voc niż tradycyjne spiekanie + brak LIF w punkcie odniesienia.

7. Implikacje dla linii produkcyjnej: czy próg masowej produkcji dla miedziowania zostaje obniżony?

Trzy konkretne postępy

Niniejsza praca dostarcza kilka wymiernych postępów:

1. Uszkodzenia Voc można naprawić, i to skuteczniej. Wygrzewanie w 750°C z poprzedniego artykułu miało wąskie okno temperaturowe i ryzyko pęcherzy na tylnej stronie. LIF nagrzewa lokalnie, tylna strona pozostaje bezpieczna, a naprawa jest skuteczniejsza.

2. Oszczędza się jeden krok procesu, ale należy rozważyć inwestycję w sprzęt. Tradycyjny przepływ: niklowanie → spiekanie w niskiej temperaturze → miedziowanie. Podejście LIF: niklowanie → LIF → miedziowanie. Oszczędza piec do spiekania i czas procesu, ale sam sprzęt LIF jest droższy, a integracja z linią do miedziowania bardziej złożona. Rzeczywisty ROI zależy od ofert na sprzęt.

3. Jednorodność rezystancji kontaktu to ukryty bonus. Tradycyjne spiekanie wykazuje różnicę rezystancji kontaktu od krawędzi do środka wynoszącą 3,53 Ω; podejście LIF redukuje ją do 0,45 Ω. Lepsza jednorodność oznacza bardziej równomierny zbiór prądu, wyższy FF i niższe ryzyko gorących punktów na poziomie modułu.

Ale przeszkody w masowej produkcji pozostają:

• Inwestycja w sprzęt LIF: zastępując piec do spiekania, dodaje się laser + zasilacz + system sterowania. Ceny dostawców sprzętu decydują o opłacalności.

• Złożoność integracji linii: LIF musi płynnie łączyć się z linią do miedziowania, a dopasowanie czasu cyklu (w pracy użyto prędkości skanowania 20 m/s) wymaga walidacji.

• Spójność w skali GW: praca jest na poziomie laboratoryjnym/pilotażowym; stabilność wydajności przy wielkoskalowej masowej produkcji wciąż wymaga danych potwierdzających.

8. Porównanie z Aiko ABC

Dwie ścieżki, dwie historie

Architektura BC firmy Aiko naturalnie unika pułapki rowkowania laserowego. TOPCon nie może jej uniknąć, ale LIF oferuje rozwiązanie kombinowane „wypełnij pułapkę + optymalizuj” — nie tylko naprawia uszkodzenia, ale także oszczędza jeden krok procesu i poprawia jednorodność.

9. Podsumowanie

Stan obecny

Ten nowy artykuł z Uniwersytetu Jiangnan dowodzi jednej rzeczy: uszkodzenia laserowe w miedziowaniu TOPCon można nie tylko naprawić, ale LIF naprawia je lepiej niż tradycyjne wyżarzanie — a przy okazji rozwiązuje również problem jednorodności niskotemperaturowego spiekania.

Wzrost wydajności o +0,45% abs., wzrost Voc o 0,86 mV i znaczna poprawa jednorodności rezystancji kontaktu — te trzy liczby są warte poważnej oceny na każdej linii produkcyjnej.

Próg produkcji masowej nadal istnieje, ale mapa drogowa technologii staje się coraz jaśniejsza.

Temat do dyskusji: Czy LIF zastępujący niskotemperaturowe spiekanie to „ostatni krok” do masowej produkcji miedziowania TOPCon, czy tylko „labowa wisienka na torcie”?

Informacje referencyjne:

• Tytuł: Integration of laser-induced firing with Ni/Cu plating for TOPCon solar cell metallization

• Autorzy: Jingyun Zhang, Xi Xi, Jianbo Shao i in. (Uniwersytet Jiangnan + Jiangsu Xianghuan Technology + DR Laser)

• Czasopismo: Solar Energy Materials and Solar Cells

• Rok: 2026

• DOI: 10.1016/j.solmat.2026.114198

Opinia Ooitech

Ooitech uważa: LIF łączy naprawę uszkodzeń laserowych i jednorodność spiekania w jednym kroku, czyniąc miedziowanie TOPCon znacznie bardziej realną drogą do masowej produkcji bez srebra.