مسکاری TOPCon گام دیگری به جلو برمیدارد: LIF جایگزین تف جوشی میشود، راندمان +0.45% مطلق، آسیب Voc ترمیم میشود
مقدمه
از مطالعه قبلی تا یک پیشرفت جدید
دیروز در مورد مقالهای از دانشگاه جیانگنان در مورد آبکاری مس TOPCon بحث کردیم: شیارزنی لیزری به سیلیکون آسیب میزند، بلورینگی ۳۰ درصد کاهش مییابد و برای ترمیم آن نیاز به بازپخت است. آن مقاله به این نتیجه رسید که بازپخت ۷۵۰ درجه سانتیگراد + تمیزکاری HF میتواند بازده را از ۲۳.۴۱٪ به ۲۴.۸۵٪ بازگرداند.
اما هر کسی در خط تولید میداند که بازپخت ۷۵۰ درجه سانتیگراد خود دارای خطر تاول ناشی از هیدروژن است — پنجره دمایی بسیار باریک است. بالای ۷۷۵ درجه سانتیگراد لایه غیرفعالسازی پشتی تاول میزند و در ۸۰۰ درجه سانتیگراد نتیجه حتی بدتر از عدم بازپخت است.
آیا راه بهتری وجود دارد؟
مقاله دوم که به تازگی در سال ۲۰۲۶ توسط دانشگاه جیانگنان + جیانگ سو شیانگهوان + DR Laser منتشر شده است، پاسخ جدیدی ارائه میدهد: استفاده از LIF (شلیک القایی لیزری) برای جایگزینی تف جوشی دمای پایین سنتی، در حالی که به طور همزمان آسیب لیزری را ترمیم میکند.
نتایج: بهبود بازده به میزان +۰.۴۵٪ مطلق، افزایش Voc به میزان ۰.۸۶ میلیولت، و — یک بهبود عمده در یکنواختی مقاومت تماس.
۱. مرور سریع: فرآیند آبکاری مس TOPCon و نقاط درد آن
فرآیند استاندارد و جایی که درد دارد
فرآیند استاندارد آبکاری Ni/Cu با TOPCon:
شیارزنی لیزری → بازپخت دمای بالا برای ترمیم آسیب → تمیزکاری HF → آبکاری Ni → تف جوشی دمای پایین → آبکاری Cu
دو نقطه درد:
شیارزنی لیزری به سیلیکون آسیب میزند: همانطور که در مقاله قبلی بحث شد، بلورینگی از 99.3% به 69.8% کاهش مییابد که نیاز به بازپخت دمای بالا برای ترمیم دارد.
تف جوشی سنتی دمای پایین غیریکنواخت است: کوره کل سلول را گرم میکند، لبهها سریعتر گرما را دفع میکنند در حالی که مرکز گرمتر میماند، که باعث میشود مقاومت تماس در لبهها بالا و در مرکز پایین باشد — جمعآوری جریان غیریکنواخت به FF آسیب میزند.
دستاورد اصلی این مقاله جدید: قرار دادن LIF در فرآیند آبکاری دو هدف را با یک تیر میزند — جایگزین تف جوشی غیریکنواخت دمای پایین میشود و به ترمیم آسیب لیزر کمک میکند.
2. LIF چیست و چه تفاوتی با تف جوشی سنتی دارد؟
گرمایش کوره در مقابل جوش نقطهبهنقطه
تف جوشی سنتی دمای پایین: قرار دادن کل سلول در کوره و پخت در دمای 200–400 درجه سانتیگراد. مشکل گرمایش ناهموار است — لبهها سریعتر خنک میشوند، مرکز گرمتر میشود و مقاومت تماس در سراسر سلول به طور قابل توجهی متفاوت است.
LIF (شلیک القایی لیزری): یک لیزر مادون قرمز 1064 نانومتری به سرعت سطح جلوی سلول را اسکن میکند در حالی که یک بایاس معکوس (2–18 ولت) اعمال میشود. لیزر حاملهای فوتوژنریت را تحریک میکند، بایاس معکوس آنها را جهتدار میکند، و گرمایش ژول موضعی دقیق در سطح مشترک فلز-سیلیکون ایجاد میکند.
تفاوت در یک جمله: تف جوشی سنتی "پخت کل سلول" است، LIF "جوش نقطهبهنقطه" است. LIF فقط ناحیه تماس زیر خطوط شبکه را گرم میکند و بقیه موارد را از نظر حرارتی دستنخورده باقی میگذارد.
3. LIF چقدر روی سلولهای آبکاری شده با مس خوب کار میکند؟
یافتن نقطه شیرین در 14 ولت
مقاله ابتدا یک آزمایش پایه انجام میدهد: اعمال LIF در ولتاژهای بایاس معکوس مختلف روی سلولهایی که قبلاً آبکاری Ni/Cu را کامل کردهاند.
| ولتاژ معکوس LIF | بازده | Voc | FF | Rs |
|---|---|---|---|---|
| بدون LIF (پایه) | 24.29% | 696.27mV | 81.74% | 1.51mΩ |
| 8V | در حال بهبود | — | — | — |
| 14V | 24.69% | +0.32mV | +1.22% | 1.16mΩ |
| 16–18V | کاهش مییابد | کاهش مییابد | به شدت کاهش مییابد | اساساً بدون تغییر |
پارامترهای بهینه: بایاس معکوس 14V، افزایش بازده +0.401% مطلق، افزایش FF 1.22%، کاهش Rs 23%.
چرا ولتاژ بالاتر اوضاع را بدتر میکند؟
مقاله از Suns-Voc برای اندازهگیری چگالی جریان اشباع تاریک J01 و J02 استفاده میکند:
J01 (نشاندهنده بازترکیب پیوند pn): تغییر کمی با ولتاژ
J02 (نشاندهنده بازترکیب سطح مشترک فلز-سیلیکون): کمترین در 14V، افزایش شدید در 16–18V
ترجمه: ولتاژ بیش از حد به معنای گرمایش ژول بیش از حد است و سطح مشترک "تا حد مرگ جوش میخورد". پنجره در حدود 14V قرار دارد.
4. چرا LIF میتواند آسیب لیزر را ترمیم کند؟
طیفسنجی رامان راز را فاش میکند
مقاله یک آزمایش کلیدی انجام داد: فلز آبکاری شده را جدا کرده و با استفاده از طیفسنجی رامان بلورینگی سیلیکون زیر خطوط شبکه را اندازهگیری کرد.
| شرایط | بلورینگی |
|---|---|
| بدون LIF (فقط بازپخت با دمای بالا) | ~95% |
| LIF 8–14V | +0.76% ~ 1.84% |
| LIF 16–18V | کاهش مییابد |
علاوه بر بازپخت با دمای بالا، LIF بلورینگی را بیشتر افزایش میدهد.
مکانیسم: LIF یک دمای بالای لحظهای موضعی (بسیار بالاتر از دمای بازپخت سنتی) ایجاد میکند که به سیلیکون آمورف اجازه میدهد به طور کاملتر تبلور مجدد یابد، و فقط نواحی زیر خطوط شبکه را گرم میکند و لایه غیرفعالسازی پشتی را دست نخورده باقی میگذارد.
این نگرانی باقیمانده از مقاله قبلی را برطرف میکند — پنجره دمایی برای بازپخت با دمای بالا باریک است و بالای ۷۷۵ درجه سانتیگراد، لایه غیرفعال پشتی تاول میزند. LIF گرمایش موضعی است؛ پشت تحت تأثیر قرار نمیگیرد، بنابراین دما میتواند بالاتر رود و اثر ترمیم بهتر است.
۵. چه زمانی باید LIF اعمال شود؟ زمانبندی مهم است
سه گزینه و یک برنده واضح
فرآیند آبکاری سه مرحله دارد: آبکاری نیکل → تف جوشی دمای پایین → آبکاری مس. LIF کجا باید وارد شود؟
مقاله سه زمانبندی را مقایسه میکند:
| گروه | زمانبندی LIF | ولتاژ بهینه | بهترین بازده | بلورینگی |
|---|---|---|---|---|
| A | بعد از نیکل، قبل از تف جوشی | 8V | 24.689% | ~95.6% |
| B | بعد از تف جوشی، قبل از مس | 8V | 24.663% | ~96.45% |
| C | بعد از مس | 14V | 24.69% | بالاترین |
نتیجهگیری: LIF زمانی بهترین عملکرد را دارد که در انتهای فرآیند قرار گیرد — پس از اتمام آبکاری مس.
چرا؟
پس از آبکاری مس، مقاومت الکترود به شدت کاهش مییابد. هنگامی که LIF ولتاژ اعمال میکند، توزیع جریان یکنواختتر، گرمایش ژول یکنواختتر و تماس سطح بهینهتر میشود.
اگر LIF فقط روی لایه نیکل (قبل از آبکاری مس) اعمال شود، مقاومت بالا است؛ همان ولتاژ گرمایش ژول بیش از حد ایجاد میکند که میتواند به راحتی "تماس را به مرگ جوش دهد".
۶. یک کشف بزرگتر: LIF میتواند به طور کامل جایگزین تف جوشی دمای پایین شود
رد شدن از کوره به طور کلی
اگر LIF بتواند تماس نیکل-سیلیکون را بهینه کند، آیا میتوانیم به سادگی مرحله سنتی تف جوشی دمای پایین را به طور کامل حذف کنیم?
مقاله یک آزمایش (گروه D) طراحی کرد: آبکاری نیکل → LIF (۸ ولت) → آبکاری مستقیم مس، با حذف مرحله تف جوشی دمای پایین.
نتایج:
| گروه | فرآیند | بازده | یکنواختی مقاومت تماس (تفاوت لبه-مرکز) |
|---|---|---|---|
| O | تف جوشی سنتی، بدون LIF | مرجع | 3.53Ω |
| A | Ni+LIF+Sintering+Cu | 24.689% | 2.05Ω |
| B | Ni+Sintering+LIF+Cu | 24.663% | 1.46Ω |
| C | Ni+Sintering+Cu+LIF | 24.69% | 1.54Ω |
| D | Ni+LIF+Cu (بدون تف جوشی) | 24.74% | 0.45Ω |
یکنواختی مقاومت تماس گروه D تمام گروههایی که شامل تف جوشی سنتی هستند را در هم میشکند.
چرا؟
کورههای تف جوشی سنتی به طور ناهموار حرارت میدهند — لبهها سریع گرما را دفع میکنند، مرکز داغتر است — که باعث میشود مقاومت تماس در لبهها بیشتر و در مرکز کمتر باشد. LIF یک اسکن نقطهای است؛ هر نقطه دقیقاً همان انرژی را دریافت میکند، ذاتاً یکنواخت.
بهینهسازی بیشتر ولتاژ LIF به 6V، گروه D به بازدهی 24.74%میرسد، با Voc 696.72mV — +0.45% افزایش مطلق در بازدهی و +0.86mV افزایش در Voc نسبت به خط پایه تف جوشی سنتی بدون LIF.
7. پیامدهای خط تولید: آیا آستانه تولید انبوه برای آبکاری مس کاهش یافته است؟
سه پیشرفت ملموس
این مقاله چندین پیشرفت ملموس ارائه میدهد:
1. آسیب Voc قابل ترمیم است، و بهتر ترمیم میشود. آنیل 750 درجه سانتیگراد از مقاله قبلی پنجره دمایی باریک و خطر تاول زدن سمت پشت داشت. LIF به صورت موضعی حرارت میدهد، سمت پشت ایمن میماند، و ترمیم مؤثرتر است.
2. یک مرحله فرآیند حذف میشود، اما سرمایهگذاری تجهیزات باید سنجیده شود. جریان سنتی: آبکاری Ni → تف جوشی دمای پایین → آبکاری Cu. رویکرد LIF: آبکاری Ni → LIF → آبکاری Cu. کوره تف جوشی و زمان فرآیند را صرفهجویی میکند، اما خود تجهیزات LIF گرانتر است و ادغام با خط آبکاری پیچیدهتر است. بازگشت سرمایه واقعی به قیمتگذاری تجهیزات بستگی دارد.
3. یکنواختی مقاومت تماس پاداش پنهان است. تف جوشی سنتی شکاف مقاومت تماس لبه به مرکز 3.53Ω را نشان میدهد؛ رویکرد LIF آن را به 0.45Ω کاهش میدهد. یکنواختی بهتر به معنای جمعآوری جریان یکنواختتر، FF بالاتر و خطر نقطه داغ کمتر در سطح ماژول است.
اما موانع تولید انبوه باقی است:
سرمایهگذاری تجهیزات LIF: هنگام تعویض کوره تف جوشی، یک لیزر + منبع تغذیه + سیستم کنترل اضافه میکنید. قیمتگذاری فروشنده تجهیزات، اقتصاد را تعیین میکند.
پیچیدگی یکپارچهسازی خط: LIF باید به طور یکپارچه با خط آبکاری متصل شود و تطبیق زمان چرخه (مقاله از سرعت اسکن 20 متر بر ثانیه استفاده میکند) نیاز به اعتبارسنجی دارد.
ثبات در مقیاس GW: مقاله در سطح آزمایشگاهی/پایلوت است؛ پایداری بازده در تولید انبوه در مقیاس بزرگ هنوز به دادههای پشتیبان نیاز دارد.
8. مقایسه با Aiko ABC
دو مسیر، دو داستان
| مورد | Aiko ABC | TOPCon + آبکاری مس LIF |
|---|---|---|
| ساختار سلول | تماس پشتی کامل | جلو + پشت |
| نیاز به شیارزنی لیزری | خیر | بله |
| مشکل آسیب لیزری | هیچکدام | بله، اما LIF میتواند آسیب را ترمیم کرده و همزمان تماس را بهینه کند |
| فرآیند فلزیسازی | آبکاری Cu/Ni/Sn | آبکاری Ni/Cu + LIF |
| وضعیت تولید انبوه | در حال تولید انبوه | آزمایشگاهی / پایلوت |
معماری BC شرکت Aiko به طور طبیعی از مشکل شیارزنی لیزری جلوگیری میکند. TOPCon نمیتواند از آن جلوگیری کند، اما LIF یک راهحل ترکیبی "پر کردن شیار + بهینهسازی" ارائه میدهد - نه تنها آسیب را ترمیم میکند، بلکه یک مرحله فرآیند را کاهش داده و یکنواختی را بهبود میبخشد.
9. خلاصه
وضعیت فعلی
این مقاله جدید از دانشگاه جیانگ نان یک چیز را ثابت میکند: آسیب لیزری در آبکاری مس TOPCon نه تنها قابل ترمیم است، بلکه LIF آن را بهتر از بازپخت سنتی ترمیم میکند - و در این مسیر، مشکل یکنواختی تف جوشی در دمای پایین را نیز حل میکند.
افزایش بازده +0.45% مطلق، افزایش Voc به میزان 0.86mV، و بهبود عمده در یکنواختی مقاومت تماس - این سه عدد ارزش ارزیابی جدی در هر خط تولید را دارند.
آستانه تولید انبوه هنوز وجود دارد، اما نقشه راه فنی در حال روشنتر شدن است.
موضوع بحث: آیا LIF جایگزین تف جوشی در دمای پایین، "ضربه نهایی" برای تولید انبوه آبکاری مس TOPCon است، یا فقط "یک روی کیک در کنار آزمایشگاه"؟
اطلاعات مرجع:
عنوان: ادغام شلیک القایی با لیزر با آبکاری Ni/Cu برای متالیزاسیون سلول خورشیدی TOPCon
نویسندگان: Jingyun Zhang, Xi Xi, Jianbo Shao و همکاران (دانشگاه جیانگنان + فناوری شیانگهوان جیانگسو + DR Laser)
مجله: Solar Energy Materials and Solar Cells
سال: 2026
DOI: 10.1016/j.solmat.2026.114198
