Бір лазерлік қадам бүкіл алдыңғы күміс пастасының құрамын өзгертуге қалай мәжбүрледі

Кіріспе

2024 жылға дейін TOPCon алдыңғы күміс пастасы негізінен алюминий қосылған болды. Алюминий диэлектрлік қабаттарды тесуге көмектесті, контакт кедергісін төмендетуге көмектесті және бәрі оны қалыпты пайдаланды. Содан кейін LECO пайда болды және бүкіл сурет өзгерді. Алюминийсіз күміс пастасы бір түнде жетекші орынға шықты, ал алюминий қосылған паста қосалқы рөлге түсті. Осыдан кейін бәрі алюминийсіз бағытқа терең үңіліп, паста формулаларын, молекулалық дизайнды және процестік үйлесімділікті жетілдірді.

Неліктен бір лазерлік процесс күміс пастасының формуласын соншалықты қатты өзгерте алады? Өндірісте көптеген адамдар бұл болғанын біледі, бірақ неге екенін білмейді. Мұны түсінсеңіз, сіз TOPCon алдыңғы жағының күйдіру процесін шынымен түсінесіз.

TOPCon алдыңғы металдандыру «материал контактіні басқарады» дегеннен «материал, лазер, эмиттер және саусақтар бірлесіп жұмыс істейді» дегенге ауысуда.

Алдыңғы құрылымнан бастайық

Типтік TOPCon құрылымын алайық. Алдыңғы жағы әдетте көп қабатты диэлектрлік пленкалар жиынтығы, мысалы SiOx, SiNx, AlOx. Кейбір процестер SiOxNy сияқты функционалды қабаттарды да қосады, ал нақты жиынтық өндірушіге байланысты өзгереді. Осының бәрінің астында бор диффузияланған эмиттер орналасқан, оның типтік түйісу тереңдігі небәрі 0,8-ден 1 микронға дейін.

Күміс пастасындағы шыны фрит күйдіру кезінде бірнеше секунд ішінде осы диэлектрлік пленкаларды бір-бірлеп «жеп» өтуі керек, сондықтан ол эмиттер бетіне тамыр жайып үлгереді. Бірнеше пленка, бірнеше қақпа. Әр қабаттың құрамы, қалыңдығы және тығыздығы әртүрлі. Шыны фрит үшін бұлар бірнеше түрлі тағам, және әрқайсысы өз жылуын қажет етеді. Бұл TOPCon алдыңғы жағының күйдіру терезесінің табиғи түрде тар болуының құрылымдық себебі: сіз бір пленканы күйдіріп жатқан жоқсыз, сіз көптеген пленкаларды күйдіріп жатырсыз.

Алюминий қосылған дәуір: алюминий екі жүзді қылыш

Күміс паста кремниймен қалай байланысады? Шамамен былай. Шыны фрит еріп, диэлектрлік қабықшаларды қабат-қабат ашып, ойып өтеді. 650°C-тан жоғары температурада күміс балқыған шыныға ери бастайды. 2016 жылы NREL және SLAC оны тірідей, in-situ рентген арқылы түсірді: 700°C-та, небәрі 10 секундта, күмістің 70%-ы шыны фазасына еріді. Еріген күміс иондары шынымен бірге эмиттер бетіне қарай жылжиды, кремниймен тотығу-тотықсыздану реакциясына түседі және қайтадан металл күміс ретінде тұнбаға түсіп, "күміс тікенектерінің" қатарларына айналады. Салқындаған кезде шыны ішінде бірнеше нанометрлік күміс кристаллиттері тұнбаға түсіп, токты сыртқа шығаратын өткізгіш арналарды құрайды.

Қарапайым тілмен айтқанда: алдыңғы жағынан күйдіру — күмістің шыны арқылы серуендеп, эмиттер ішіне тамыр жайғаны.

Бұл процесте алюминийдің рөлі өте нақты. Ол диэлектрлік қабаттарды күйдіріп өтуге көмектеседі және контакт кедергісін төмендетеді. Бірақ алюминий мина да отырғызады. Бор эмиттерінің p-n өткелінің тереңдігі небәрі 0,8-ден 1 микронға дейін. Күміс тікенектері төмен кедергілі контакт құру үшін жеткілікті тереңдікке енуі керек, бірақ p-n өткелін тесіп өтпеуі тиіс. Алюминий шыны фазасының реакциясын, интерфейстік оюды және металл тұнбасының мінез-құлқын өзгертеді. Кейбір технологиялық жүйелерде алюминийдің шамадан тыс қатысуы контактінің шамадан тыс күю және эмиттердің зақымдану қаупін арттырады. Ал алюминийдің жаман қарызы тек осы пассивация шотымен шектелмейді. Жоғары температурада күйдіру кезінде металл саусақтар шөгіп, жайылып кетеді. Күйдіруден кейін саусақтар кеңейіп, қысқарады, көлеңке аймағы ұлғаяды, оптикалық жоғалту артады. Алюминий қосылған дәуірде бұл екі жаман кітап: интерфейс алюминийден зардап шегеді, ал саусақтар оттан күйеді.

Бір жол: алюминий қосылған дәуір контакт үшін алюминийдің бұралаң күшін пайдаланды, ал төлемді пассивация және оптикамен төледі.

LECO Пайда Болғанда, Аспан Өзгерді

LECO (Laser Enhanced Contact Optimizing) алғаш рет 2016 жылы Cell Engineering компаниясымен ұсынылды. Ол 2023-2024 жылдары TOPCon сериялық өндірісіне енді және қазір саланың стандартты конфигурациясы болып табылады. Оның мәні "тағы бір лазерлік қадам" емес. Оның мәні — ол алдыңғы контакт құру механизмін қайта бөледі. Алғаш рет контакт құру бастамасы ішінара пастаның қолынан алынып, лазерге беріледі, ол контакт интерфейсінде дәл локалды өңдеу жасап, контактіні "белсендіреді". Алюминий атқаратын жұмысты лазер де атқара алады және оны дәлірек, пассивацияға зиян келтірмей жасайды.

Алюминийді алып тастаңыз, және алдыңғы жақтағы ең үлкен қауіп — бор эмиттерінің пассивациясын бұзатын алюминийдің тесіп өтуі — бастапқыда жойылады. Бұл саладағылар "үлкен секіріс" деп атайды: алюминий қосылған күміс пастадан алюминийсіз күміс пастаға тікелей, аралық өтпелі күйсіз дерлік.

Міне, адамдар жиі қате оқитын сызық: алюминийсіз күміс паста жай ғана "алюминийді жою" емес. Алюминийді алып тастағанда, диэлектрлік қабаттарды тесіп өту міндеті толығымен шыны фритке жүктеледі, ал контакт түзу LECO-ға қалады. Алюминийсіз пастаның шыны формуласы, күміс ұнтағының морфологиясы және күйдіру температура терезесі қайта жобалануы керек. Алюминийді алып тастау бір ескі мәселені екі жаңа мәселеге бөледі, содан кейін оларды біртіндеп шешеді.

Алюминийсізден кейін күрес "ішкі шеберлік" үшін

Алюминийсіз күміс паста — мәре емес, бұл старт сызығы. Соңғы екі жылда бәрі алюминийсіз бағытта жетілдіріп, пастаның өзінің "ішкі шеберлігін" қайрап жатыр. Осы жылдың тамызында Нинбо Материалдар институтының Е Цзичунь тобы JA Solar және Чжэцзян Гуанда Электроникс-пен бірге 26.31% фронт металлизация жұмысын жариялады Matterжурналында. Бұл осы ішкі шеберлік толқынының соңғы көрме үлгісі.

26.31% тиімділіктегі TOPCon күн батареялары оптикалық көлеңкелеуді және контакт кедергісі шығындарын азайтатын синергетикалық металлизация арқылы қол жеткізілді, https://doi.org/10.1016/j.matt.2026.102965

Оны ашсаңыз, ол алюминий дәуірінде ешкім ойлауға батылы жетпейтін екі нәрсе жасады.

Біріншіден, ол күміс пастаны "конформды" етті. Пастадағы полимерлік тиксотропты тордың қайтымды бұзылу және қайта құрылу механизмінен бастап, олар полимерлік тордың молекулалық конфигурациясын және молекулааралық сутегі байланыс торын қайта жобалады, сондықтан паста басылғаннан кейін "тік тұрады". Басылған саусақтың биіктік-ені қатынасы 55% жетті, сондықтан саусақтар биік және тар. Бұл санды бағаламаңыз. Жоғары температуралы күйдіру ең көп қорқатын нәрсе — саусақтың шөгуі мен жайылуы. 55% биіктік-ені қатынасы көлеңкелеудің күрт төмендеуін білдіреді және оптикалық шығынның үлкен бөлігі үнемделеді. Бұл паста деңгейіндегі "ақылды күш", алюминийдің бұралаң күші емес, реологиялық дизайн.

Екіншіден, ол контактіні "нүктелік" етті. Олардың теңшелімді LECO процесі ұяшыққа кері ығыстыруды қолданады, ал бір жиілікті лазер алдыңғы саусақтарды үздіксіз сканерлейді. Тасымалдаушы инъекциясы жергілікті Джоуль жылуын тудырады, пирамиданың иығында жартышарлы Pb-Ag/Si қорытпа контактісін қалыптастырады. Үш негізгі сөзді ескеріңіз: төмен ену, төмен кедергі, дискретті нүктелер. Металл-жартылай өткізгіш контакт реакциясы дәстүрлі sintering сияқты бүкіл бетті "күйдіру" орнына, тек кішкентай нүктелермен шектеледі. Алюминий индукцияланған кристалл тор зақымы жоғалады, ал металл индукцияланған рекомбинация шығыны айтарлықтай төмендейді.

Нинбо институтының нәтижесі: 26.31% үшінші тарап сертификатталған тиімділік, қысқа тұйықталу ток тығыздығы 41.98 мА/см², үлкен ауданды TOPCon ұяшықтарының Jsc үшін сертификатталған рекорд орнатты. Бұл Jsc өсімі негізінен күшті sintering контактіні "күйдіруден" емес, екі шеттегі шығынды бірден "үнемдеуден" — саусақ көлеңкесі мен интерфейс рекомбинациясынан.

Алдыңғы жағы тек пастаның алаңы емес

Мына Nature Energy 26.66% жұмысты қайта қарастырайық. Көп адам тек оның артындағы қос қабатты поли-Si-ге қарайды, бірақ оның алдыңғы жағы да өңделуде, және логикасы Matter жұмысымен бірдей.

Алдыңғы жағында, бор эмиттерінің беттік кедергісі әдеттегі 215 Ом/шаршы-дан 430 Ом/шаршы-ға көтеріледі. Жоғары беттік кедергі жақсырақ пассивацияны білдіреді (азшылық тасымалдаушылардың өмір сүру уақыты 0.70 мс-тен 1.12 мс-ке, қараңғы қанығу ток тығыздығы 9-дан 5 фА/см²-ге дейін төмендейді), бірақ контакт жасау қиындайды. Шешім екі бағытта жүреді. Саусақтар 20 мкм-ден 10 мкм-ге дейін тарылтылады, ал қадам 1120 мкм-ден 825 мкм-ге дейін тығыздалады, жоғары беттік кедергінің бүйірлік тасымалдау шығынын өтеу үшін тығыз және жіңішке саусақтар қолданылады, және бірлік ауданға күміс қолдану шамамен үштен бірге азаяды. Екінші бағыт контактіні белсендіру процесіне сүйеніп, металдандыру қадамында жоғары беттік кедергі контакт мәселесін шешеді.

Ең қызығы, екі жұмысты қатар қою. Бір топ. Nature Energy "күмісті блоктайды" артқы жағында, Matter "алюминийді алып тастайды" алдыңғы жағында. Бірі алдыңғы, бірі артқы, екеуі де "металдандырудағы азайту". Алюминий дәуіріндегі «күшпен жанасуды, пассивациямен төлеуді» ойыны жүйелі түрде тоқтатылып, орнына: ақылды паста, нүктелік лазер, жіңішке саусақтар, қалың пассивация келеді.

Келесі шайқас: Күмісті одан да аз қолдану

Алюминийсіз «пассивация зақымдануы» мәселесін шешті, бірақ шығынды азайту мен тиімділікті арттырудың келесі қадамы — «күміс мөлшерін азайту».

Егер алюминийсіз күміс пастасы «пассивацияға зиян келтірмей қалай жанасуға болады» дегенді шешсе, онда күміс қапталған мыс, аз күмісті паста және тіпті таза мыс металлизациясы келесі мәселені шешеді: күмісті қалай аз қолдану керек.

DK Electronic мыс негізіндегі аз күмісті металлизация шешімін әзірледі және жетекші тұтынушылармен бірге TOPCon элементтерінде алғашқы болып жаппай өндіріске жетті. JinkoSolar таза мыс пастасы, никель пастасы және басқа да негізгі металл өткізгіш пасталармен жұмыс істеуде. LONGi компаниясының ACM металлизация шешімі қазірдің өзінде нарықта.

2026 жылы күміссізге көшу «зерттеу бағытынан» «индустрияландыру жарысына» ауысты.

Алюминийсіз күміс пастасы «пассивацияға қалай зиян келтірмеу керек» дегенді шешті, ал жоғары мыс / таза мыс пастасы «күмісті қалай аз қолдану керек» дегенді шешуі керек. Келесі шайқас басталып кетті.

Өндіріске қайтаруға болатын үш бағыт

Біріншіден, алюминийсіз — бұл күш үнемдеу емес, ойынды өзгерту. «Алюминий сенің орнына күйдіреді» дегеннен «формула плюс лазер синергиясына» көшу. Мұны түсінсеңіз, процестік терезе неге әлі де тар екенін білесіз, өйткені қазір күйдіру мен жанасу — екі тәуелсіз механизм, олар тығыз үйлестіруді қажет етеді.

Екіншіден, алдыңғы жақтың күйдіру терезесін реттемес бұрын, алдымен алдыңызда қанша қабықша бар екенін және олардың әрқайсысының не екенін анықтаңыз. Әртүрлі қабаттардың «жеп өту» уақыттары қосылады. Пеш қисығының шыңына ғана қарамаңыз, әр қабықшаға сәйкес температура диапазоны мен реакция уақытын бақылаңыз.

Үшіншіден, алдыңғы тиімділіктің үш кітабы енді бөлек есептеледі. Саусақтар көлеңкелеуді өтейді (арақатынас маңызды), паста плюс LECO жанасуды өтейді, кедергі мен пассивация қабықшалары рекомбинацияны өтейді. Қай кітап теңгерілмесе, тиімділік сол жерде тұрып қалады. Болашақта бұл кітапқа төртінші тармақ қосылады: күміс мөлшері.

Ooitech көзқарасы

Бұл ауысымды көре отырып, бізді таң қалдыратыны — фронт-жақ ойыны енді бүкіл контактіні көтеретін бір ғана негізгі материал туралы емес. LECO, жіңішке саусақтар, жоғары пластина кедергісі және қалыңырақ пассивация енді жұмысты бөліседі, және бұл модуль желісінің жоғарғы ағындағы ұяшық кірістері мен төменгі ағындағы стрингілеу туралы қалай ойлауы керектігін өзгертеді. Біздің тарапымыздан, кілттік модуль өндіріс желілерін салуда, мұндағы 10 мкм және 55% сияқты аспект қатынасы мен саусақ ені тікелей таббер-стрингер мен өзара қосылудың қалай орнатылатынына әсер етеді, сондықтан ұяшық металдандыру тенденциялары тек ұяшық өндірушінің мәселесі емес. Осы терезелерді итергенде нақты не бірінші бұзылатынын желі инженерлерінен естуге қызығамыз. Көбірек практикалық күн энергиясы зауыты мазмұнын қаласаңыз, біздің YouTube арнамыз www.youtube.com/ooitech - қарауға тұрарлық.