Tek Bir Lazer Adımı Tüm Ön Yüz Gümüş Macununun Yapısını Nasıl Değiştirdi

Giriş

2024'ten önce, TOPCon ön gümüş pastası neredeyse tamamen alüminyum katkılıydı. Alüminyum, dielektrik katmanları yakmaya, kontak direncini düşürmeye yardımcı oldu ve herkes sorunsuz kullanıyordu. Sonra LECO ortaya çıktı ve tüm tablo değişti. Alüminyum içermeyen gümüş pasta neredeyse bir gecede liderliği aldı ve alüminyum katkılı pasta destekleyici bir role düştü. Bundan sonra herkes alüminyum içermeyen yöne derinlemesine gitti, pasta formülleri, moleküler tasarım ve proses sinerjisi üzerinde çalıştı.

Peki neden tek bir lazer prosesi gümüş pasta formülünü bu kadar sarsabildi? Hatta birçok kişi bunun olduğunu biliyor ama nedenini bilmiyor. Bunu anlarsanız, TOPCon ön sinterlemesini gerçekten anlarsınız.

TOPCon ön metalizasyonu "malzemenin kontağa hakim olduğu" durumdan "malzeme, lazer, emitör ve parmakların işi paylaştığı" duruma geçiyor.

Ön Yapıdan Başlayın

Tipik bir TOPCon yapısını ele alalım. Ön taraf genellikle çok katmanlı bir dielektrik film yığınıdır, örneğin SiOx, SiNx, AlOx. Bazı prosesler SiOxNy gibi fonksiyonel katmanlar da getirir ve kesin yığın üreticiye göre değişir. Tüm bunların altında, tipik bağlantı derinliği yalnızca 0,8 ila 1 mikron olan bor difüzyonlu emitör bulunur.

Gümüş pastadaki cam frit, sinterlemenin birkaç saniyesinde bu dielektrik filmleri tek tek "yemek" zorundadır, böylece emitör yüzeyinde kök salabilir. Birden fazla film, birden fazla kapı. Her katman farklı bileşime, kalınlığa ve yoğunluğa sahiptir. Cam frit için bunlar birkaç farklı yemektir ve her biri kendi ısısını gerektirir. TOPCon ön sinterleme penceresinin doğal olarak dar olmasının yapısal nedeni budur: tek bir filmi sinterlemiyorsunuz, birçok filmi sinterliyorsunuz.

Alüminyum Katkılı Dönem: Alüminyum İki Ucu Keskin Bir Kılıç

Gümüş macun aslında silikonla nasıl bağlanır? Kabaca şöyle: Cam frit erir ve dielektrik filmleri katman katman aşındırarak açar. 650°C'nin üzerinde gümüş, erimiş camın içinde çözünmeye başlar. 2016'da NREL ve SLAC bunu canlı olarak yerinde X-ışını ile filme aldı: 700°C'de, sadece 10 saniyede, gümüşün %70'i cam fazında çözündü. Çözünmüş gümüş iyonları camla birlikte emitör yüzeyine doğru ilerler, silikonla indirgenme-yükseltgenme reaksiyonuna girer ve tekrar metalik gümüş olarak çökelir, "gümüş sivri uçlar" sıraları halinde büyür. Soğuma sırasında, camın içinde birkaç nanometre boyutunda gümüş kristalleri çökelir ve akımı dışarı taşıyan iletken kanallar oluşturur.

Basitçe söylemek gerekirse: ön yüzey sinterleme, gümüşün camın içinde bir yolculuğa çıkması ve emitörün içinde kök salmasıdır.

Bu süreçte alüminyumun işi gerçekten önemlidir. Dielektrik katmanları yakmaya yardımcı olur ve temas direncini düşürür. Ancak alüminyum aynı zamanda mayın da döşer. Bor emitör eklem derinliği sadece 0,8 ila 1 mikrondur. Gümüş sivri uçların düşük dirençli bir temas oluşturacak kadar derine inmesi gerekir, ancak p-n eklemini delmemelidir. Alüminyum, cam faz reaksiyonunu, arayüz aşındırmasını ve metal çökelme davranışını değiştirir. Belirli proses sistemlerinde, aşırı alüminyum katılımı, temas aşırı pişirme ve emitör hasarı riskini artırabilir. Ve alüminyumun kötü borcu sadece bu tek pasivasyon hesabı değildir. Yüksek sıcaklıkta sinterleme sırasında metal parmaklar çöker ve yayılır. Pişirme sonrası parmaklar daha geniş ve daha kısa olur, gölgeleme alanı büyür ve optik kayıp artar. Alüminyum katkılı çağda, bunlar iki kötü defterdir: arayüz alüminyumdan zarar görür ve parmaklar ateşten yanar.

Tek satır: alüminyum katkılı çağ, temas için alüminyumun kaba kuvvetini takas etti ve bedelini pasivasyon ve optikle ödedi.

LECO Geldiğinde Gökyüzü Değişti

LECO (Lazer Destekli Temas Optimizasyonu) ilk olarak 2016'da Cell Engineering tarafından önerildi. 2023-2024'te TOPCon seri üretimine girdi ve artık endüstri standardı bir konfigürasyon. Anlamı "bir lazer adımı daha" değil. Anlamı, ön yüzey temas oluşumunun mekanizmasını yeniden dağıtmasıdır. İlk kez, temas oluşumunun inisiyatifi kısmen macunun elinden alınıp lazere verilir; lazer, temas arayüzünde hassas yerel işleme yaparak teması "aktive eder". Alüminyumun yaptığı işi lazer de yapabilir ve bunu daha hassas yapar, pasivasyona zarar vermeden.

Alüminyumu çıkarın ve ön yüzdeki en büyük tehlike olan, bor emitör pasivasyonunu yok eden alüminyum delinmesi, kaynağında ortadan kalkar. Endüstrinin "büyük sıçrama" dediği şey budur: doğrudan alüminyum katkılı gümüş macundan alüminyumsuz gümüş macuna geçiş, arada neredeyse hiç geçiş durumu olmadan.

İşte insanların en kolay yanlış okuduğu nokta: alüminyumsuz gümüş macun sadece "alüminyumu silmek" değildir. Alüminyumu silin ve dielektrik katmanları yakma işi tamamen cam fritine kalırken, temas oluşumu LECO'ya kalır. Alüminyumsuz macunun cam formülü, gümüş tozu morfolojisi ve sinterleme sıcaklık penceresi yeniden tasarlanmalıdır. Alüminyumu çıkarmak, eski bir sorunu iki yeni soruna böler ve sonra bunları tek tek çözer.

Alüminyumsuz Sonrası Mücadele "İç Beceri" Üzerine

Alüminyumsuz gümüş macun bitiş çizgisi değil, başlangıç çizgisidir. Son iki yıldır herkes alüminyumsuz yönde inceltiyor, macunun kendi "iç becerisi" üzerinde çalışıyor. Bu Ağustos ayında, Ningbo Malzeme Enstitüsü'nden Ye Jichun ekibi, JA Solar ve Zhejiang Guangda Electronics ile birlikte, Matterdergisinde %26,31 ön metalizasyon çalışması yayınladı. Bu, bu iç beceri dalgasının en son gösteri parçası.

Azaltılmış optik gölgeleme ve temas direnci kayıpları ile sinerjik metalizasyon sayesinde %26,31 verimli TOPCon güneş hücreleri, https://doi.org/10.1016/j.matt.2026.102965

Bunu açarsanız, alüminyum çağında kimsenin düşünmeye bile cesaret edemeyeceği iki şey yaptı.

İlk olarak, gümüş macunu "uyumlu" hale getirdi. Macundaki polimer tiksotropik ağın tersinir bozunma ve yeniden yapılanma mekanizmasından yola çıkarak, polimer ağının moleküler konfigürasyonunu ve moleküller arası hidrojen bağ ağını yeniden tasarladılar, böylece macun baskıdan sonra "dik duruyor". Baskılı parmak en-boy oranı %55'e ulaştı, bu yüzden parmaklar uzun ve dar. Bu sayıyı hafife almayın. Yüksek sıcaklıkta sinterlemenin en çok korktuğu şey parmak çökmesi ve yayılmasıdır. %55 en-boy oranı, gölgelemenin keskin bir şekilde düştüğü ve optik kaybın büyük bir kısmının kurtarıldığı anlamına gelir. Bu, macun seviyesindeki "akıllı güçtür", alüminyumun kaba kuvveti değil, reoloji tasarımıdır.

İkinci olarak, teması "nokta konumlu" hale getirdi. Özelleştirilmiş LECO süreci, tek frekanslı bir lazer ön parmakları sürekli tararken hücreye ters öngerilim uygular. Taşıyıcı enjeksiyonu lokal Joule ısısını tetikler ve piramidin omzunda yarım küresel bir Pb-Ag/Si alaşım kontağı oluşturur. Üç anahtar kelimeye dikkat edin: düşük penetrasyon, düşük direnç, ayrık bölgeler. Metal-yarıiletken kontak reaksiyonu, geleneksel sinterlemede olduğu gibi tüm yüzeyin "yakılması" yerine küçük noktalarla sınırlıdır. Alüminyum kaynaklı kafes hasarı ortadan kalkar ve metal kaynaklı rekombinasyon kaybı büyük ölçüde azalır.

Ningbo Enstitüsü sonucu: %26.31 üçüncü taraf sertifikalı verimlilik, kısa devre akım yoğunluğu 41.98 mA/cm², geniş alanlı TOPCon hücreleri için Jsc'de sertifikalı bir rekor. Bu Jsc kazancı esasen daha güçlü sinterlemenin kontağı "yakmasından" değil, her iki uçtaki kaybı aynı anda "kurtarmasından" gelir: parmak gölgelemesi ve arayüz rekombinasyonu.

Ön Yüz Sadece Macunun Savaş Alanı Değil

Şu Nature Energy %26.66'lık çalışmayı tekrar ele alalım. Birçok kişi sadece arkasındaki çift katmanlı poli-Si'ye bakar, ancak ön yüzü de bıçak altındadır ve mantık Matter çalışmasıyla aynıdır.

Ön tarafta, bor verici tabaka direnci normal 215 Ω/sq'den 430 Ω/sq'ye yükseltilir. Daha yüksek tabaka direnci daha iyi pasivasyon anlamına gelir (azınlık taşıyıcı ömrü 0.70 ms'den 1.12 ms'ye çıkar, karanlık doyma akım yoğunluğu 9'dan 5 fA/cm²'ye düşer), ancak kontak yapmak zorlaşır. Çözüm iki ayak üzerinde yürür. Parmaklar 20 μm'den 10 μm'ye daraltılır ve aralık 1120 μm'den 825 μm'ye sıkılaştırılır, yüksek tabaka direncinin yanal taşıma kaybını telafi etmek için daha yoğun ve ince parmaklar kullanılır ve bu arada birim alan başına gümüş kullanımı yaklaşık üçte bir oranında azaltılır. Diğer ayak, metalizasyon adımında yüksek tabaka direnci kontak sorununu çözmek için kontak aktivasyon sürecine yaslanır.

Daha ilginç olan, iki çalışmayı yan yana koymaktır. Aynı ekip. Nature Energy arkada "gümüşü bloke eder", Matter önde "alüminyumu kaldırır". Biri ön, biri arka, ikisi de "metalizasyonda çıkarma"dır. Alüminyum çağının "teması zorla değil temasla kur, pasivasyonla öde" oyun kitabı sistematik olarak emekliye ayrılıyor; yerini şunlar alıyor: akıllı macun, nokta konumlu lazer, ince parmaklar, kalın pasivasyon.

Sıradaki Mücadele: Daha Az Gümüş Kullanmak

Alüminyumsuz, "pasivasyon hasarı" sorununu çözdü, ancak maliyet düşürme ve verimlilik artışında bir sonraki adım "gümüş içeriğini azaltmak."

Alüminyumsuz gümüş macun "pasivasyona zarar vermeden temas nasıl kurulur" sorununu çözüyorsa, gümüş kaplı bakır, düşük gümüşlü macun ve hatta saf bakır metalizasyonu bir sonraki sorunu çözüyor: daha az gümüş nasıl kullanılır.

DK Electronic, bakır bazlı düşük gümüşlü bir metalizasyon çözümü geliştirdi ve önde gelen müşterilerle birlikte TOPCon hücrelerde seri üretime ilk ulaşan oldu. JinkoSolar, saf bakır macun, nikel macun ve diğer baz metal iletken macunlar üzerinde çalışıyor. LONGi'nin ACM metalizasyon çözümü zaten masada.

2026'da gümüşsüzleşme, "araştırma yönü" olmaktan çıkıp "sanayileşme yarışına" dönüştü.

Alüminyumsuz gümüş macun "pasivasyona nasıl zarar verilmez" sorununu çözdü; yüksek bakır / saf bakır macun ise "daha az gümüş nasıl kullanılır" sorununu çözmek zorunda. Sıradaki mücadele çoktan başladı.

Hatta Geri Götürülecek Üç Satır

Birincisi, alüminyumsuz olmak işten kaçmak değil, oyunu değiştirmektir. "Alüminyum senin için delip geçer"den "formül artı lazer sinerjisi"ne. Bunu anlarsanız, proses penceresinin neden hâlâ bu kadar dar olduğunu da anlarsınız; çünkü artık delme ve temas, daha sıkı koordinasyon gerektiren iki bağımsız mekanizmadır.

İkincisi, ön sinterleme penceresini ayarlamadan önce, önünüzde kaç film olduğunu ve her birinin ne olduğunu belirleyin. Farklı katmanların "yeme" süreleri birbirine eklenir. Sadece fırın eğrisinin tepesine bakmayın; her filme uygun sıcaklık bandını ve reaksiyon süresini izleyin.

Üçüncüsü, ön verimliliğin üç defteri artık ayrı ayrı sayılıyor. Parmaklar gölgelemeyi yönetir (en boy oranı kilit noktadır), macun artı LECO teması yönetir, tabaka direnci artı pasivasyon filmleri rekombinasyonu yönetir. Hangi defter dengeye gelmezse, verimlilik orada takılır. Gelecekte bu deftere dördüncü bir kalem eklenecek: gümüş içeriği.

Ooitech'in Görüşü

Bu değişimi izlerken bizi etkileyen şey, ön yüz oyununun artık tüm teması taşıyan tek bir kahraman malzemeyle ilgili olmaması. LECO, daha ince parmaklar, daha yüksek tabaka direnci ve daha kalın pasivasyon artık işi bölüşüyor ve bu, bir modül hattının yukarı akış hücre girdileri ve aşağı akış şeritleme hakkında nasıl düşünmesi gerektiğini değiştiriyor. Bizim tarafımızda anahtar teslim modül üretim hatları kurarken, buradaki 10 μm ve %55 gibi en-boy oranı ve parmak genişliği, tabber-stringer ve ara bağlantının nasıl kurulduğunu doğrudan etkiliyor, bu yüzden hücre metalizasyon trendleri sadece hücre üreticisinin meselesi değil. Bu pencereleri zorladığınızda gerçekte neyin önce bozulduğunu hat mühendislerinden duymak merak uyandırıcı. Daha fazla uygulamalı güneş enerjisi fabrika içeriği istiyorsanız, YouTube kanalımız www.youtube.com/ooitech takip etmeye değer.