Một Bước Laser Đã Buộc

Câu trả lời nhanh: Trước năm 2024, gần như toàn bộ bạc dán mặt trước TOPCon đều được pha tạp nhôm, vì nhôm giúp bạc dán xuyên qua lớp phủ chống phản xạ trong quá trình nung và tạo thành tiếp xúc. Một bước laser đã thay đổi yêu cầu đó. Khi laser được sử dụng để mở các vùng tiếp xúc trước khi kim loại hóa, bạc dán không còn phải tự xuyên qua lớp phủ nữa, do đó việc pha tạp nhôm giúp quá trình xuyên qua hoạt động không còn cần thiết và trở thành một bất lợi, vì nhôm trong lớp emitter làm tăng tái hợp. Nhiệt độ nung liên quan nằm trong khoảng 650 °C đến 700 °C. Sự thay đổi diễn ra sau đó là một ví dụ điển hình cho thấy việc bổ sung một công đoạn duy nhất đặt lại thông số kỹ thuật cho mọi vật liệu phía trước nó như thế nào, và lý do tại sao các công thức bạc dán thay đổi cùng với lộ trình kim loại hóa thay vì độc lập.

Sản xuất mô-đun PV · bởi Jerry, Ooitech

Giới thiệu

Trước năm 2024, TOPCon bạc dán mặt trước hầu như đều pha nhôm. Nhôm giúp đốt xuyên qua các lớp điện môi, giúp giảm điện trở tiếp xúc, và mọi người đều dùng nó ổn cả. Rồi LECO xuất hiện và toàn bộ bức tranh đảo ngược. Bạc dán không pha nhôm vươn lên dẫn đầu gần như chỉ sau một đêm, còn bạc dán pha nhôm tụt xuống vai trò hỗ trợ. Sau đó, mọi người đều đi sâu vào hướng không pha nhôm, mài giũa công thức bạc dán, thiết kế phân tử và sự cộng hưởng quy trình.

Vậy tại sao một quy trình laser có thể làm đảo lộn công thức bột nhão bạc mạnh mẽ như vậy? Trên dây chuyền, nhiều người biết rằng điều đó đã xảy ra, nhưng không biết tại sao. Hiểu được điều này, bạn thực sự hiểu được quá trình thiêu kết mặt trước TOPCon.

Kim loại hóa mặt trước TOPCon đang chuyển từ "vật liệu chi phối tiếp xúc" sang "vật liệu, laser, bộ phát xạ và các ngón tay chia sẻ công việc."

Bắt đầu từ cấu trúc mặt trước

Lấy một cấu trúc TOPCon điển hình. Mặt trước thường là một chồng màng điện môi đa lớp, ví dụ SiOx, SiNx, AlOx. Một số quy trình cũng đưa vào các lớp chức năng như SiOxNy, và chồng lớp chính xác khác nhau tùy theo nhà sản xuất. Bên dưới tất cả những thứ đó là bộ phát xạ khuếch tán boron, với độ sâu tiếp giáp điển hình chỉ 0,8 đến 1 micron.

Thủy tinh frit trong bột nhão bạc phải "ăn" xuyên qua các màng điện môi này từng lớp một trong vài giây thiêu kết, để nó có thể bám rễ trên bề mặt bộ phát xạ. Nhiều màng, nhiều cổng. Mỗi lớp có thành phần, độ dày và mật độ khác nhau. Đối với thủy tinh frit, đây là một số món ăn khác nhau, và mỗi món cần nhiệt riêng. Đó là lý do cấu trúc khiến cửa sổ thiêu kết mặt trước TOPCon vốn đã hẹp: bạn không thiêu kết một màng, bạn đang thiêu kết nhiều màng.

Thời đại pha tạp nhôm: Nhôm là con dao hai lưỡi

Bột nhão bạc thực sự kết nối với silicon như thế nào? Đại khái như thế này. Thủy tinh frit nóng chảy và khắc mở các màng điện môi từng lớp một. Qua 650°C, bạc bắt đầu hòa tan vào thủy tinh nóng chảy. Vào năm 2016, NREL và SLAC đã quay phim trực tiếp bằng tia X in-situ: ở 700°C, chỉ trong 10 giây, 70% bạc hòa tan vào pha thủy tinh. Các ion bạc hòa tan đi theo thủy tinh về phía bề mặt bộ phát xạ, phản ứng với silicon trong phản ứng oxy hóa-khử, và kết tủa trở lại thành bạc kim loại, phát triển thành các hàng "gai bạc." Khi nguội, các tinh thể bạc có kích thước vài nanomet kết tủa bên trong thủy tinh, tạo thành các kênh dẫn điện mang dòng điện ra ngoài.

Nói đơn giản: thiêu kết mặt trước là để bạc đi dạo qua thủy tinh, và bám rễ bên trong bộ phát xạ.

Trong quá trình này, công việc của nhôm là rất thực tế. Nó giúp đốt xuyên qua các lớp điện môi, và nó giảm điện trở tiếp xúc. Nhưng nhôm cũng gieo mìn. Độ sâu tiếp giáp bộ phát xạ boron chỉ 0,8 đến 1 micron. Các gai bạc cần đi đủ sâu để tạo tiếp xúc điện trở thấp, nhưng không được đâm xuyên qua tiếp giáp p-n. Nhôm thay đổi phản ứng pha thủy tinh, quá trình khắc giao diện và hành vi kết tủa kim loại. Trong một số hệ thống quy trình nhất định, sự tham gia quá nhiều của nhôm có thể làm tăng nguy cơ quá nhiệt tiếp xúc và hư hại bộ phát xạ. Và khoản nợ xấu của nhôm không chỉ là tài khoản thụ động hóa này. Dưới quá trình thiêu kết nhiệt độ cao, các ngón tay kim loại sụp đổ và lan rộng. Sau khi nung, các ngón tay trở nên rộng hơn và ngắn hơn, diện tích che bóng tăng lên, và tổn thất quang học cũng tăng theo. Trong thời đại pha tạp nhôm, đây là hai sổ nợ xấu: giao diện bị tổn hại bởi nhôm, và các ngón tay bị đốt cháy bởi lửa.

Một dòng: thời đại pha tạp nhôm đánh đổi sức mạnh thô của nhôm để lấy tiếp xúc, và trả giá bằng thụ động hóa và quang học.

Khi LECO xuất hiện, bầu trời thay đổi

LECO (Tối ưu hóa tiếp xúc bằng laser) lần đầu tiên được đề xuất vào năm 2016 bởi Cell Engineering. Nó đi vào sản xuất hàng loạt TOPCon vào năm 2023-2024, và hiện nay là cấu hình tiêu chuẩn của ngành. Ý nghĩa của nó không phải là "thêm một bước laser." Ý nghĩa của nó là nó phân phối lại cơ chế hình thành tiếp xúc mặt trước. Lần đầu tiên, sáng kiến hình thành tiếp xúc được lấy một phần khỏi tay bột nhão và giao cho laser, thực hiện xử lý cục bộ chính xác tại giao diện tiếp xúc để "kích hoạt" tiếp xúc. Công việc nhôm từng làm, laser cũng có thể làm, và nó làm chính xác hơn, mà không làm tổn hại thụ động hóa.

Loại bỏ nhôm, và mối nguy lớn nhất ở mặt trước, nhôm đâm xuyên phá hủy thụ động hóa bộ phát xạ boron, biến mất tại nguồn. Đây là điều mà ngành gọi là "bước nhảy lớn": đi thẳng từ bột nhão bạc pha tạp nhôm sang bột nhão bạc không chứa nhôm, gần như không có trạng thái chuyển tiếp ở giữa.

Đây là dòng điểm mà mọi người dễ hiểu sai nhất: bột nhão bạc không chứa nhôm không đơn giản là "xóa nhôm." Xóa nhôm, và công việc đốt xuyên qua các lớp điện môi hoàn toàn thuộc về thủy tinh frit, trong khi hình thành tiếp xúc thuộc về LECO. Công thức thủy tinh, hình thái bột bạc và cửa sổ nhiệt độ thiêu kết của bột nhão không chứa nhôm đều phải được thiết kế lại. Loại bỏ nhôm chia một vấn đề cũ thành hai vấn đề mới, rồi giải quyết từng cái một.

Sau khi không chứa nhôm, cuộc chiến là về "nội công"

Bột nhão bạc không chứa nhôm không phải là đích đến, nó là điểm xuất phát. Trong hai năm qua, mọi người đã tinh chỉnh theo hướng không chứa nhôm, mài giũa "nội công" của chính bột nhão. Tháng 8 này, nhóm Ye Jichun tại Viện Vật liệu Ninh Ba, cùng với JA Solar và Zhejiang Guangda Electronics, đã công bố một công trình kim loại hóa mặt trước đạt 26,31% trên Matter. Đó là màn trình diễn mới nhất của làn sóng nội công này.

Pin mặt trời TOPCon hiệu suất 26,31% nhờ kim loại hóa cộng hưởng với tổn thất che bóng quang học và điện trở tiếp xúc giảm, https://doi.org/10.1016/j.matt.2026.102965

Mổ xẻ nó, và nó đã làm hai điều mà không ai trong thời đại nhôm dám nghĩ tới.

Thứ nhất, nó làm cho bột nhão bạc trở nên "tuân thủ hình dạng." Bắt đầu từ cơ chế phân hủy và tái tạo thuận nghịch của mạng lưới thixotropic polymer trong bột nhão, họ đã thiết kế lại cấu hình phân tử của mạng lưới polymer và mạng lưới liên kết hydro giữa các phân tử, vì vậy bột nhão "đứng lên" sau khi được in. Tỷ lệ khung hình của ngón tay in đạt 55%, vì vậy các ngón tay cao và hẹp. Đừng đánh giá thấp con số đó. Điều mà quá trình thiêu kết nhiệt độ cao sợ nhất là ngón tay bị sụp và lan rộng. Tỷ lệ khung hình 55% có nghĩa là bóng râm giảm mạnh, và một phần lớn tổn thất quang học được tiết kiệm. Đây là "lực thông minh" ở cấp độ bột nhão, không phải lực lượng thô của nhôm, mà là thiết kế lưu biến.

Thứ hai, nó làm cho tiếp xúc "định vị điểm." Quy trình LECO tùy chỉnh của họ áp dụng phân cực ngược cho tế bào trong khi laser đơn tần số liên tục quét các ngón tay phía trước. Việc tiêm hạt tải kích hoạt nhiệt Joule cục bộ, tạo thành tiếp xúc hợp kim Pb-Ag/Si hình bán cầu tại vai của kim tự tháp. Lưu ý ba từ khóa: độ xuyên thấu thấp, điện trở thấp, vị trí rời rạc. Phản ứng tiếp xúc kim loại-bán dẫn được giới hạn ở các điểm nhỏ, thay vì toàn bộ bề mặt bị "đốt cháy" như trong thiêu kết truyền thống. Thiệt hại mạng tinh thể do nhôm gây ra đã biến mất, và tổn thất tái hợp do kim loại gây ra giảm rất nhiều.

Kết quả của Viện Ningbo: hiệu suất được chứng nhận bởi bên thứ ba 26,31%, mật độ dòng ngắn mạch 41,98 mA/cm², thiết lập kỷ lục được chứng nhận cho Jsc của tế bào TOPCon diện tích lớn. Lợi ích Jsc này về cơ bản không phải từ việc thiêu kết mạnh hơn "đốt cháy" tiếp xúc, mà từ việc "tiết kiệm" tổn thất ở cả hai đầu cùng một lúc, bóng râm ngón tay và tái hợp giao diện.

Mặt trước không phải là chiến trường duy nhất của bột nhão

Lấy công trình Nature Energy 26,66% ra một lần nữa. Nhiều người chỉ nhìn chằm chằm vào poly-Si hai lớp ở mặt sau của nó, nhưng mặt trước của nó cũng bị đưa lên thớt, và logic giống như công trình Matter .

Ở mặt trước, điện trở tấm của bộ phát boron được nâng từ 215 Ω/sq thông thường lên 430 Ω/sq. Điện trở tấm cao hơn có nghĩa là thụ động hóa tốt hơn (thời gian sống của hạt tải thiểu số tăng từ 0,70 ms lên 1,12 ms, mật độ dòng bão hòa tối giảm từ 9 xuống 5 fA/cm²), nhưng tiếp xúc trở nên khó thực hiện hơn. Giải pháp đi trên hai chân. Các ngón tay được thu hẹp từ 20 μm xuống 10 μm, và bước răng được thắt chặt từ 1120 μm xuống 825 μm, sử dụng các ngón tay dày đặc và mịn hơn để bù đắp tổn thất vận chuyển ngang của điện trở tấm cao, và cắt giảm việc sử dụng bạc trên mỗi đơn vị diện tích khoảng một phần ba trên đường đi. Chân còn lại dựa vào quy trình kích hoạt tiếp xúc để hỗ trợ, giải quyết vấn đề tiếp xúc điện trở tấm cao trong bước kim loại hóa.

Điều thú vị hơn là đặt hai công trình cạnh nhau. Cùng một nhóm. Nature Energy "chặn bạc" ở mặt sau, Matter "loại bỏ nhôm" ở mặt trước. Một mặt trước, một mặt sau, cả hai đều là "phép trừ trong kim loại hóa." Sách lược thời đại nhôm "đổi lực lượng thô để lấy tiếp xúc, trả giá bằng thụ động hóa" đang bị loại bỏ một cách có hệ thống, thay thế bằng: bột nhão thông minh, laser định vị điểm, ngón tay mịn, thụ động hóa dày.

Cuộc chiến tiếp theo: Sử dụng ít bạc hơn nữa

Không nhôm đã giải quyết vấn đề "thiệt hại thụ động hóa", nhưng bước tiếp theo trong việc giảm chi phí và tăng hiệu suất là "giảm hàm lượng bạc."

Nếu bột nhão bạc không nhôm giải quyết "làm thế nào để tiếp xúc mà không làm tổn hại thụ động hóa", thì bạc phủ đồng, bột nhão bạc thấp, và thậm chí kim loại hóa đồng nguyên chất đang giải quyết vấn đề tiếp theo: làm thế nào để sử dụng ít bạc hơn.

DK Electronic đã phát triển giải pháp kim loại hóa bạc thấp dựa trên đồng, và hợp tác với các khách hàng hàng đầu để trở thành người đầu tiên đạt sản xuất hàng loạt trên tế bào TOPCon. JinkoSolar đang giải quyết bột nhão đồng nguyên chất và bột nhão niken và các bột nhão dẫn điện kim loại cơ bản khác. Giải pháp kim loại hóa ACM của LONGi đã được đặt trên bảng.

Vào năm 2026, việc không sử dụng bạc đã chuyển từ "hướng nghiên cứu" sang "cuộc đua công nghiệp hóa."

Bột nhão bạc không nhôm đã giải quyết "làm thế nào để không làm tổn hại thụ động hóa," bột nhão đồng cao / đồng nguyên chất phải giải quyết "làm thế nào để sử dụng ít bạc hơn." Cuộc chiến tiếp theo đã bắt đầu.

Ba dòng để mang về dây chuyền

Thứ nhất, không nhôm không phải là về tiết kiệm công sức, mà là về thay đổi cách chơi. Từ "nhôm đốt cháy cho bạn" đến "công thức cộng với sự hợp lực của laser." Hiểu điều này, và bạn biết tại sao cửa sổ quy trình vẫn hẹp như vậy, bởi vì bây giờ đốt cháy và tiếp xúc là hai cơ chế độc lập hoạt động, cần sự phối hợp chặt chẽ hơn.

Thứ hai, trước khi bạn điều chỉnh cửa sổ thiêu kết mặt trước, trước tiên hãy tìm hiểu có bao nhiêu màng ở phía trước bạn và mỗi màng là gì. Thời gian "ăn xuyên" của các chồng khác nhau cộng lại. Đừng chỉ nhìn chằm chằm vào đỉnh của đường cong lò, hãy xem dải nhiệt độ và thời gian phản ứng phù hợp với từng màng.

Thứ ba, ba sổ cái của hiệu suất mặt trước bây giờ được tính riêng. Ngón tay xử lý bóng râm (tỷ lệ khung hình là chìa khóa), bột nhão cộng với LECO xử lý tiếp xúc, điện trở tấm cộng với màng thụ động hóa xử lý tái hợp. Sổ cái nào không cân bằng là nơi hiệu suất bị mắc kẹt. Trong tương lai, một mục thứ tư sẽ được thêm vào sổ cái này: hàm lượng bạc.

Quan điểm của Ooitech

Điều gây ấn tượng với chúng tôi khi theo dõi sự thay đổi này là trò chơi mặt trước không còn là về một vật liệu anh hùng mang toàn bộ tiếp xúc. LECO, ngón tay mịn hơn, điện trở tấm cao hơn và thụ động hóa dày hơn bây giờ chia sẻ công việc, và điều đó thay đổi cách một dây chuyền module phải suy nghĩ về đầu vào tế bào thượng nguồn và chuỗi hạ nguồn. Về phía chúng tôi xây dựng dây chuyền sản xuất module chìa khóa trao tay, tỷ lệ khung hình và chiều rộng ngón tay như các con số 10 μm và 55% ở đây trực tiếp ảnh hưởng đến cách thiết lập tabber-stringer và kết nối, vì vậy xu hướng kim loại hóa tế bào không chỉ là mối quan tâm của nhà sản xuất tế bào. Tò mò muốn nghe từ các kỹ sư dây chuyền điều gì thực sự hỏng trước tiên khi bạn đẩy các cửa sổ này. Nếu bạn muốn nội dung nhà máy năng lượng mặt trời thực tế hơn, kênh YouTube của chúng tôi www.youtube.com/ooitech đáng để theo dõi.