چگونه یک مرحله لیزر کل خمیر نقره سمت جلو را مجبور به تغییر ماهیت خود کرد

مقدمه

قبل از سال ۲۰۲۴، خمیر نقره جلوی TOPCon تقریباً همگی دوپشده با آلومینیوم بود. آلومینیوم به سوزاندن لایههای دیالکتریک کمک میکرد، مقاومت تماس را کاهش میداد و همه بدون مشکل از آن استفاده میکردند. سپس LECO ظاهر شد و کل تصویر تغییر کرد. خمیر نقره بدون آلومینیوم تقریباً یکشبه پیشتاز شد و خمیر دوپشده با آلومینیوم به نقش پشتیبان تنزل یافت. پس از آن، همه بهطور عمیق روی جهت بدون آلومینیوم کار کردند و روی فرمول خمیر، طراحی مولکولی و همافزایی فرآیند تمرکز کردند.

پس چرا یک فرآیند لیزری میتواند فرمول خمیر نقره را اینقدر تحت تأثیر قرار دهد؟ در خط تولید، بسیاری از مردم میدانند که این اتفاق افتاده است، اما نمیدانند چرا. درک این موضوع به معنای درک واقعی تف جوشی جلوی TOPCon است.

متالیزاسیون جلوی TOPCon در حال حرکت از «مواد بر تماس غالب است» به «مواد، لیزر، امیتر و انگشتها بهطور مشترک کار را انجام میدهند» است.

از ساختار جلو شروع کنید

یک ساختار معمولی TOPCon را در نظر بگیرید. سمت جلو معمولاً یک پشته فیلم دیالکتریک چندلایه است، بهعنوان مثال SiOx، SiNx، AlOx. برخی فرآیندها همچنین لایههای عملکردی مانند SiOxNy را اضافه میکنند و پشته دقیق بسته به تولیدکننده متفاوت است. در زیر همه اینها امیتر دوپشده با بور قرار دارد که عمق اتصال معمولی آن تنها ۰.۸ تا ۱ میکرون است.

فریت شیشه در خمیر نقره باید در چند ثانیه تف جوشی، این فیلمهای دیالکتریک را لایه به لایه «بخورد» تا بتواند روی سطح امیتر ریشه بدواند. فیلمهای متعدد، دروازههای متعدد. هر لایه ترکیب، ضخامت و چگالی متفاوتی دارد. برای فریت شیشه، اینها چندین ظرف مختلف هستند و هر کدام به حرارت خاص خود نیاز دارند. این دلیل ساختاری است که پنجره تف جوشی جلوی TOPCon بهطور طبیعی باریک است: شما یک فیلم را تف جوشی نمیکنید، بلکه چندین فیلم را تف جوشی میکنید.

دوران دوپینگ آلومینیوم: آلومینیوم یک شمشیر دولبه است

خمیر نقره چگونه واقعاً با سیلیکون اتصال برقرار می‌کند؟ تقریباً به این شکل. شیشه فریت ذوب می‌شود و لایه‌های دی‌الکتریک را لایه به لایه اچ می‌کند. بالای ۶۵۰ درجه سانتی‌گراد، نقره شروع به حل شدن در شیشه مذاب می‌کند. در سال ۲۰۱۶، NREL و SLAC این فرآیند را به صورت زنده با اشعه ایکس درجا فیلمبرداری کردند: در دمای ۷۰۰ درجه سانتی‌گراد، تنها در ۱۰ ثانیه، ۷۰٪ از نقره در فاز شیشه حل شد. یون‌های نقره حل‌شده به همراه شیشه به سمت سطح امیتر حرکت می‌کنند، در یک واکنش اکسیداسیون-احیاء با سیلیکون واکنش می‌دهند و دوباره به صورت نقره فلزی رسوب می‌کنند و ردیف‌هایی از «میخ‌های نقره‌ای» تشکیل می‌دهند. هنگام سرد شدن، بلورهای نقره با اندازه چند نانومتر در داخل شیشه رسوب می‌کنند و کانال‌های رسانا تشکیل می‌دهند که جریان را خارج می‌کنند.

به زبان ساده: سینترینگ جلو به نقره اجازه می‌دهد از میان شیشه عبور کند و در داخل امیتر ریشه بدواند.

در این فرآیند، نقش آلومینیوم بسیار واقعی است. به سوزاندن لایه‌های دی‌الکتریک کمک می‌کند و مقاومت تماس را کاهش می‌دهد. اما آلومینیوم همچنین مین‌هایی کار می‌گذارد. عمق اتصال امیتر بور فقط ۰.۸ تا ۱ میکرون است. میخ‌های نقره باید به اندازه کافی عمیق بروند تا تماس کم‌مقاومت ایجاد کنند، اما نباید از اتصال p-n عبور کنند. آلومینیوم واکنش فاز شیشه، اچ سطح مشترک و رفتار رسوب فلز را تغییر می‌دهد. در برخی سیستم‌های فرآیندی، دخالت بیش از حد آلومینیوم می‌تواند خطر سینترینگ بیش از حد تماس و آسیب به امیتر را افزایش دهد. و بدهی بد آلومینیوم فقط این یک حساب غیرفعال‌سازی نیست. در سینترینگ با دمای بالا، انگشتان فلزی افت می‌کنند و پخش می‌شوند. پس از پخت، انگشتان پهن‌تر و کوتاه‌تر می‌شوند، ناحیه سایه رشد می‌کند و تلفات نوری افزایش می‌یابد. در دوران آلایش آلومینیومی، این دو دفتر بد هستند: سطح مشترک توسط آلومینیوم آسیب می‌بیند و انگشتان توسط آتش سوخته می‌شوند.

یک خط: دوران آلایش آلومینیومی قدرت خام آلومینیوم را برای تماس معامله کرد و با غیرفعال‌سازی و اپتیک هزینه آن را پرداخت.

وقتی LECO آمد، آسمان تغییر کرد

LECO (بهینه‌سازی تماس با لیزر) اولین بار در سال ۲۰۱۶ توسط Cell Engineering پیشنهاد شد. در سال‌های ۲۰۲۳-۲۰۲۴ وارد تولید انبوه TOPCon شد و اکنون یک پیکربندی استاندارد صنعت است. معنای آن «یک مرحله لیزر اضافی» نیست. معنای آن این است که مکانیزم تشکیل تماس جلو را بازتوزیع می‌کند. برای اولین بار، ابتکار عمل تشکیل تماس تا حدی از دست خمیر خارج شده و به لیزر داده می‌شود، که پردازش موضعی دقیقی در سطح مشترک تماس انجام می‌دهد تا تماس را «فعال» کند. کاری که آلومینیوم انجام می‌داد، لیزر نیز می‌تواند انجام دهد، و آن را دقیق‌تر انجام می‌دهد، بدون آسیب به غیرفعال‌سازی.

آلومینیوم را حذف کنید، و بزرگترین خطر سمت جلو، نفوذ آلومینیوم که غیرفعالسازی امیتر بور را از بین میبرد، در منبع ناپدید میشود. این همان چیزی است که صنعت آن را «پرش بزرگ» مینامد: مستقیم از خمیر نقره دوپشده با آلومینیوم به خمیر نقره بدون آلومینیوم، تقریباً بدون هیچ حالت انتقالی در بین.

در اینجا خطی است که مردم به راحتی آن را اشتباه میخوانند: خمیر نقره بدون آلومینیوم صرفاً «حذف آلومینیوم» نیست. آلومینیوم را حذف کنید، و کار نفوذ از لایههای دیالکتریک کاملاً بر عهده فریت شیشه میافتد، در حالی که تشکیل تماس بر عهده LECO است. فرمول شیشه، مورفولوژی پودر نقره، و پنجره دمای تف جوشی خمیر بدون آلومینیوم همگی باید دوباره طراحی شوند. حذف آلومینیوم یک مشکل قدیمی را به دو مشکل جدید تقسیم میکند و سپس آنها را یکی یکی حل میکند.

پس از حذف آلومینیوم، نبرد بر سر «مهارت درونی» است

خمیر نقره بدون آلومینیوم خط پایان نیست، بلکه خط شروع است. در دو سال گذشته، همه در جهت بدون آلومینیوم در حال پالایش بودهاند و روی «مهارت درونی» خود خمیر کار میکنند. در ماه اوت امسال، تیم یه جیچون در موسسه مواد نینگبو، همراه با JA Solar و ژجیانگ گوانگدا الکترونیکس، یک کار متالیزاسیون جلویی با بازده ۲۶.۳۱٪ را در Matterمنتشر کردند. این آخرین نمایش این موج از مهارت درونی است.

سلولهای خورشیدی TOPCon با بازده ۲۶.۳۱٪ که توسط متالیزاسیون همافزا با کاهش سایهاندازی نوری و تلفات مقاومت تماسی فعال میشوند، https://doi.org/10.1016/j.matt.2026.102965

آن را باز کنید، و دو کار انجام داده است که هیچکس در عصر آلومینیوم حتی جرأت فکر کردن به آن را نداشت.

اول، خمیر نقره را «همشکل» کرده است. با شروع از مکانیسم شکست برگشتپذیر و بازسازی شبکه تیکسوتروپیک پلیمری در خمیر، آنها پیکربندی مولکولی شبکه پلیمری و شبکه پیوند هیدروژنی بینمولکولی را دوباره طراحی کردند، به طوری که خمیر پس از چاپ «میماند». نسبت ابعاد انگشت چاپشده به ۵۵٪ رسید، بنابراین انگشتها بلند و باریک هستند. این عدد را دست کم نگیرید. چیزی که تف جوشی در دمای بالا بیشتر از آن میترسد، افتادگی و پخش شدن انگشت است. نسبت ابعاد ۵۵٪ به این معنی است که سایهاندازی به شدت کاهش مییابد و بخش بزرگی از تلفات نوری صرفهجویی میشود. این «نیروی هوشمند» در سطح خمیر است، نه نیروی خام آلومینیوم، بلکه طراحی رئولوژی.

دوم، تماس را «مکاندار» کرده است. فرآیند سفارشی LECO آنها یک بایاس معکوس به سلول اعمال می‌کند در حالی که یک لیزر تک‌فرکانس به طور پیوسته انگشت‌های جلویی را اسکن می‌کند. تزریق حامل‌ها گرمای موضعی ژول را ایجاد می‌کند و یک تماس آلیاژی Pb-Ag/Si نیمکره‌ای در شانه هرم تشکیل می‌دهد. به سه کلمه کلیدی توجه کنید: نفوذ کم، مقاومت کم، مکان‌های مجزا. واکنش تماس فلز-نیمه‌هادی به نقاط ریز محدود می‌شود، به جای اینکه کل سطح مانند تف جوشی سنتی "سوخته" شود. آسیب شبکه ناشی از آلومینیوم از بین رفته است و تلفات نوترکیبی ناشی از فلز به میزان زیادی کاهش می‌یابد.

نتیجه موسسه نینگبو: بازده تأیید شده توسط شخص ثالث 26.31٪، چگالی جریان اتصال کوتاه 41.98 میلی‌آمپر بر سانتی‌متر مربع، ثبت رکورد تأیید شده برای Jsc سلول‌های TOPCon با مساحت بزرگ. این افزایش Jsc اساساً از تف جوشی قوی‌تر که تماس را "می‌سوزاند" نیست، بلکه از "صرفه‌جویی" تلفات در هر دو انتها به طور همزمان، سایه انگشت و نوترکیبی سطح مشترک است.

سمت جلو میدان نبرد انحصاری خمیر نیست

آن Nature Energy کارایی 26.66٪ را دوباره بررسی کنید. بسیاری از مردم فقط به پلی‌سی لایه دوتایی در پشت آن خیره می‌شوند، اما سمت جلوی آن نیز تحت عمل جراحی است و منطق همانند کار Matter است.

در جلو، مقاومت ورقه‌ای امیتر بور از معمول 215 اهم بر مربع به 430 اهم بر مربع افزایش می‌یابد. مقاومت ورقه‌ای بالاتر به معنای غیرفعال‌سازی بهتر است (عمر حامل‌های اقلیت از 0.70 میلی‌ثانیه به 1.12 میلی‌ثانیه افزایش می‌یابد، چگالی جریان اشباع تاریک از 9 به 5 فمتوآمپر بر سانتی‌متر مربع کاهش می‌یابد)، اما تماس سخت‌تر می‌شود. راه‌حل روی دو پا حرکت می‌کند. انگشت‌ها از 20 میکرومتر به 10 میکرومتر باریک می‌شوند و فاصله از 1120 میکرومتر به 825 میکرومتر کاهش می‌یابد، با استفاده از انگشت‌های متراکم‌تر و ریزتر برای جبران تلفات انتقال جانبی مقاومت ورقه‌ای بالا، و در عین حال مصرف نقره در واحد سطح را حدود یک سوم کاهش می‌دهد. پای دیگر به فرآیند فعال‌سازی تماس تکیه می‌کند تا آن را پشتیبانی کند و مشکل تماس با مقاومت ورقه‌ای بالا را در مرحله متالیزاسیون حل کند.

جالب‌تر این است که این دو کار را کنار هم قرار دهیم. همان تیم. Nature Energy "نقره را مسدود می‌کند" در پشت، Matter "آلومینیوم را حذف می‌کند" در جلو. یکی جلو، یکی عقب، هر دو "تفریق در متالیزاسیون" هستند. کتاب بازی دوران آلومینیوم یعنی «به جای زور تماس، با غیرفعال‌سازی پرداخت کن» به‌طور سیستماتیک بازنشسته می‌شود و جای خود را به این می‌دهد: خمیر هوشمند، لیزر نقطه‌ای، انگشت‌های ظریف، غیرفعال‌سازی ضخیم.

نبرد بعدی: استفاده از نقره حتی کمتر

حذف آلومینیوم مشکل «آسیب غیرفعال‌سازی» را حل کرد، اما گام بعدی در کاهش هزینه و افزایش بازده، «کاهش محتوای نقره» است.

اگر خمیر نقره بدون آلومینیوم مشکل «چگونه بدون آسیب به غیرفعال‌سازی تماس برقرار کنیم» را حل می‌کند، مس روکش‌شده با نقره، خمیر کم‌نقره و حتی متالیزاسیون مس خالص در حال حل مشکل بعدی هستند: چگونه از نقره کمتری استفاده کنیم.

شرکت الکترونیک DK یک راه‌حل متالیزاسیون کم‌نقره بر پایه مس توسعه داده است و با مشتریان پیشرو همکاری کرده تا اولین بار به تولید انبوه روی سلول‌های TOPCon برسد. جینکو سولار در حال کار بر روی خمیر مس خالص و خمیر نیکل و سایر خمیرهای رسانای فلز پایه است. راه‌حل متالیزاسیون ACM لانگی قبلاً روی میز قرار گرفته است.

در سال ۲۰۲۶، حذف نقره از «مسیر تحقیقاتی» به «رقابت صنعتی‌سازی» تغییر کرده است.

خمیر نقره بدون آلومینیوم مشکل «چگونه به غیرفعال‌سازی آسیب نزنیم» را حل کرد؛ خمیر مس بالا/مس خالص باید مشکل «چگونه از نقره کمتری استفاده کنیم» را حل کند. نبرد بعدی قبلاً شروع شده است.

سه نکته برای بازگشت به خط تولید

اول، حذف آلومینیوم به معنای صرفه‌جویی در تلاش نیست، بلکه تغییر رویکرد است. از «آلومینیوم برایت می‌سوزاند» به «هم‌افزایی فرمول و لیزر». این را بفهمید و می‌دانید چرا پنجره فرآیند هنوز این‌قدر باریک است، زیرا اکنون نفوذ سوختن و تماس دو مکانیزم مستقل هستند که نیاز به هماهنگی دقیق‌تری دارند.

دوم، قبل از تنظیم پنجره تف جوشی جلو، ابتدا بفهمید چند لایه فیلم جلوی شماست و هر کدام چیست. زمان «خورده شدن» لایه‌های مختلف جمع می‌شود. فقط به قله منحنی کوره خیره نشوید؛ به باند دما و زمان واکنش متناسب با هر فیلم توجه کنید.

سوم، سه دفتر حسابداری بازده جلو اکنون جداگانه محاسبه می‌شوند. انگشت‌ها سایه‌اندازی را مدیریت می‌کنند (نسبت ابعاد کلیدی است)، خمیر به همراه LECO تماس را مدیریت می‌کنند، مقاومت ورقه‌ای به همراه فیلم‌های غیرفعال‌سازی بازترکیب را مدیریت می‌کنند. هر دفتری که تراز نشود، همان‌جاست که بازده گیر می‌کند. در آینده، یک مورد چهارم به این دفتر اضافه خواهد شد: محتوای نقره.

دیدگاه Ooitech

آنچه هنگام تماشای این تغییر توجه ما را جلب می‌کند این است که بازی سمت جلو دیگر درباره یک ماده قهرمان نیست که کل تماس را حمل کند. LECO، انگشتان باریک‌تر، مقاومت ورق بالاتر و غیرفعال‌سازی ضخیم‌تر اکنون کار را تقسیم می‌کنند و این نحوه تفکر خط تولید ماژول درباره ورودی‌های سلول بالادستی و اتصال زنجیره‌ای پایین‌دستی را تغییر می‌دهد. در سمت ما که خطوط تولید ماژول کلید در دست می‌سازیم، نسبت ابعاد و عرض انگشت مانند اعداد ۱۰ میکرومتر و ۵۵٪ در اینجا مستقیماً بر نحوه راه‌اندازی تب‌ر-استرینگر و اتصال متقابل تأثیر می‌گذارد، بنابراین روندهای متالیزاسیون سلول فقط دغدغه تولیدکننده سلول نیست. کنجکاویم از مهندسان خط بشنویم که وقتی این پنجره‌ها را جابه‌جا می‌کنید، واقعاً اول چه چیزی خراب می‌شود. اگر محتوای عملی‌تری از کارخانه خورشیدی می‌خواهید، کانال یوتیوب ما www.youtube.com/ooitech ارزش دنبال کردن دارد.