Hur ett enda lasersteg tvingade hela framsidans silverpasta att ändra sin sammansättning

Introduktion

Före 2024 var TOPCon-frontsilverpasta nästan alltid aluminiumdopad. Aluminium hjälpte till att bränna igenom dielektriska skikt, hjälpte till att sänka kontaktresistansen, och alla använde det utan problem. Sedan dök LECO upp och hela bilden vändes. Aluminiumfri silverpasta tog ledningen nästan över en natt, och aluminiumdopad pasta hamnade i en biroll. Efter det gick alla djupt in på den aluminiumfria riktningen, slipade på pastarecept, molekylär design och processynergi.

Så varför kan en laserprocess skaka om silverpastans sammansättning så hårt? På linjen vet många att det hände, men inte varför. Förstår du detta, förstår du faktiskt TOPCon-frontsintring.

TOPCon-frontmetallisering går från "material dominerar kontakten" till "material, laser, emitter och fingrar delar på arbetet."

Börja Med Frontstrukturen

Ta en typisk TOPCon-struktur. Frontsidan är vanligtvis en flerskiktad dielektrisk filmstack, till exempel SiOx, SiNx, AlOx. Vissa processer tar också in funktionella skikt som SiOxNy, och den exakta stacken varierar mellan tillverkare. Under allt detta sitter den bordiffunderade emittern, med ett typiskt junctionsdjup på bara 0,8 till 1 mikrometer.

Glasfriten i silverpastan måste "äta" igenom dessa dielektriska filmer ett lager i taget under de få sekunderna av sintring, så att den kan ta fäste på emitterytan. Flera filmer, flera grindar. Varje lager har olika sammansättning, tjocklek och densitet. För glasfriten är dessa flera olika rätter, och varje kräver sin egen värme. Det är den strukturella anledningen till att TOPCon-frontsintringsfönstret naturligt är smalt: du sintrar inte en film, du sintrar många.

Aluminiumdopad Era: Aluminium Är Ett Tveeggat Svärd

Hur ansluter silverpastan egentligen till kisel? Ungefär så här. Glasfriten smälter och etsar dielektriska filmerna öppna lager för lager. Över 650°C börjar silver lösas upp i det smälta glaset. Redan 2016 filmade NREL och SLAC det live med in-situ röntgen: vid 700°C, på bara 10 sekunder, löste sig 70% av silvret i glasfasen. De lösta silverjonerna följer glaset mot emitterns yta, reagerar med kisel i en oxidations-reduktionsreaktion och fälls ut igen som metalliskt silver, och växer till rader av "silvertaggar". Vid avkylning fälls silverkristaller i nanostorlek ut inuti glaset och bildar ledande kanaler som leder strömmen ut.

Enkelt uttryckt: främre sintring låter silver ta en promenad genom glaset och slå rot inuti emittern.

I denna process är aluminiums jobb väldigt påtagligt. Det hjälper till att bränna igenom dielektriska lager och pressar ner kontaktmotståndet. Men aluminium planterar också landminor. Boron-emitterövergångens djup är bara 0,8 till 1 mikrometer. Silvertaggarna måste gå tillräckligt djupt för att bilda en låg resistans kontakt, men får inte slå igenom p-n-övergången. Aluminium förändrar glasfasreaktionen, gränssnittsetningen och metallutfällningsbeteendet. Under vissa processystem kan för mycket aluminiuminblandning öka risken för överbränning av kontakten och skada på emittern. Och aluminiums skuld är inte bara detta enda passiveringskonto. Vid högtemperatursintring sjunker och sprider sig metallfingrarna. Efter bränning blir fingrarna bredare och kortare, skuggningsarean växer och optisk förlust ökar med det. I den aluminiumdopade eran är dessa två dåliga räkenskaper: gränssnittet skadas av aluminium, och fingrarna bränns av elden.

En rad: den aluminiumdopade eran bytte aluminiums råstyrka mot kontakt och betalade räkningen med passivering och optik.

När LECO Kom In Förändrades Himlen

LECO (Laser Enhanced Contact Optimizing) föreslogs först 2016 av Cell Engineering. Det gick in i TOPCon massproduktion 2023-2024 och är nu en standardkonfiguration i branschen. Dess betydelse är inte "ytterligare ett lasersteg". Dess betydelse är att det omfördelar mekanismen för främre kontaktbildning. För första gången tas initiativet till kontaktbildning delvis ur pastans händer och ges till lasern, som gör precis lokal bearbetning vid kontaktytan för att "aktivera" kontakten. Arbetet som aluminium brukade göra kan lasern också göra, och det gör det mer precist, utan att skada passiveringen.

Ta bort aluminiumet, och den största faran på framsidan, aluminiumgenomslag som förstör bor-emitterpassiveringen, försvinner vid källan. Detta är vad branschen kallar det "stora språnget": direkt från aluminiumdopad silverpasta till aluminiumfri silverpasta, med nästan inget övergångstillstånd däremellan.

Här är den punkt som folk lättast misstolkar: aluminiumfri silverpasta är inte helt enkelt "ta bort aluminiumet." Ta bort aluminiumet, och jobbet med att bränna igenom dielektriska skikt faller helt på glasfritten, medan kontaktskapandet faller på LECO. Glasformeln, silverpulvrets morfologi och sintringstemperaturfönstret för den aluminiumfria pastan måste alla designas om. Att ta bort aluminium delar ett gammalt problem i två nya problem, och löser dem sedan ett i taget.

Efter aluminiumfritt handlar kampen om "inre skicklighet"

Aluminiumfri silverpasta är inte mållinjen, det är startlinjen. Under de senaste två åren har alla förfinat i den aluminiumfria riktningen, slipat på pastans egen "inre skicklighet." I augusti publicerade Ye Jichun-teamet vid Ningbo Institute of Materials, tillsammans med JA Solar och Zhejiang Guangda Electronics, ett 26,31% frontmetalliseringsarbete i Matter. Det är den senaste utställningspjäsen i denna våg av inre skicklighet.

26,31%-verkningsgrad TOPCon-solceller möjliggjorda genom synergistisk metallisering med reducerade optiska skuggnings- och kontaktresistansförluster, https://doi.org/10.1016/j.matt.2026.102965

Packa upp det, och det gjorde två saker som ingen under aluminiumeran ens skulle våga tänka på.

För det första gjorde den silverpastan "konform." Med utgångspunkt från den reversibla nedbrytnings- och återuppbyggnadsmekanismen hos det polymera tixotropa nätverket i pastan, designade de om molekylkonfigurationen av polymernätverket och det intermolekylära vätebindningsnätverket, så att pastan "står upp" efter att den tryckts. Det tryckta fingrets höjd-breddförhållande nådde 55%, så fingrarna är höga och smala. Underskatta inte den siffran. Vad högtemperatursintring fruktar mest är fingersättning och spridning. Ett 55% höjd-breddförhållande innebär att skuggningen minskar kraftigt, och en stor del av den optiska förlusten sparas. Detta är den "smarta kraften" på pastanivå, inte aluminiumets råstyrka, utan reologidesign.

För det andra gjorde den kontakten "punktspecificerad." Deras anpassade LECO-process applicerar en backspänning på cellen medan en enfrekvenslaser kontinuerligt skannar de främre fingrarna. Kariärinjektion utlöser lokal Joule-värme, vilket bildar en halvsfärisk Pb-Ag/Si-legeringskontakt vid pyramidens skuldra. Notera tre nyckelord: låg penetration, lågt motstånd, diskreta punkter. Metall-halvledarkontaktreaktionen är begränsad till små punkter, istället för att hela ytan "bränns" över som i traditionell sintring. Den aluminiuminducerade gitterdefekten är borta, och metallinducerad rekombinationsförlust minskar mycket.

Resultatet från Ningbo-institutet: 26,31% tredjepartscertifierad verkningsgrad, kortslutningsströmstäthet 41,98 mA/cm², vilket sätter ett certifierat rekord för Jsc för stora TOPCon-celler. Denna Jsc-vinst kommer i huvudsak inte från starkare sintring som "bränner" kontakten, utan från att "spara" förlusten i båda ändar på en gång, fingerskuggning och gränsytans rekombination.

Framsidan är inte pastans slagfält ensam

Ta det där Nature Energy 26,66% arbetet igen. Många stirrar bara på det dubbla lagret poly-Si på baksidan, men dess framsida är också under kniven, och logiken är densamma som Matter arbetet.

På framsidan höjs bor-emitterarkets skiktresistans från vanliga 215 Ω/sq till 430 Ω/sq. Högre skiktresistans innebär bättre passivering (minoritetsbärarlivslängd ökar från 0,70 ms till 1,12 ms, mörk mättnadsströmstäthet minskar från 9 till 5 fA/cm²), men kontakten blir svårare att göra. Lösningen går på två ben. Fingrarna smalnas från 20 μm till 10 μm, och avståndet minskas från 1120 μm till 825 μm, med tätare och finare fingrar för att kompensera lateral transportförlust vid hög skiktresistans, och minskar silveranvändningen per ytenhet med ungefär en tredjedel på vägen. Det andra benet lutar sig mot kontaktaktiveringsprocessen för att backa upp det, vilket löser problemet med hög skiktresistans i metalliseringssteget.

Vad som är mer intressant är att ställa de två verken sida vid sida. Samma team. Nature Energy "blockerar silver" på baksidan, Matter "tar bort aluminium" på framsidan. En fram, en bak, båda är "subtraktion i metallisering." Aluminiumtidens spelbok med "byt kraft mot kontakt, betala med passivering" fasas systematiskt ut och ersätts av: smart pasta, punktplacerad laser, fina fingrar, tjock passivering.

Nästa strid: Använd ännu mindre silver

Aluminiumfritt löste problemet med "passiveringsskador", men nästa steg för kostnadssänkning och effektivitetshöjning är "minska silverhalten."

Om aluminiumfri silverpasta löser "hur man får kontakt utan att skada passiveringen", så löser silverbelagd koppar, lågsilverpasta och till och med ren kopparmetallisering nästa problem: hur man använder mindre silver.

DK Electronic har utvecklat en kopparbaserad lågsilver-metalliseringslösning och arbetat med ledande kunder för att vara först med att nå massproduktion på TOPCon-celler. JinkoSolar angriper ren kopparpasta och nickelpasta samt andra ledande pastor med basmetall. LONGis ACM-metalliseringslösning finns redan på bordet.

Under 2026 har övergången till silverfritt skiftat från en "forskningsinriktning" till en "industrialiseringskapplöpning."

Aluminiumfri silverpasta löste "hur man inte skadar passiveringen", högkoppar-/renkopparpasta måste lösa "hur man använder mindre silver." Nästa strid har redan börjat.

Tre linjer att ta tillbaka till linjen

För det första handlar aluminiumfritt inte om att spara ansträngning, det handlar om att byta spel. Från "aluminium bränner igenom åt dig" till "formel plus lasersynergi." Förstår du detta, så vet du varför processfönstret fortfarande är så smalt, för nu är genombränning och kontakt två oberoende mekanismer som kräver tätare koordinering.

För det andra, innan du justerar frontens sintringsfönster, ta först reda på hur många filmer du har framför dig och vad var och en är. "Genomätningstiderna" för olika staplar summeras. Titta inte bara på toppen av ugnskurvan, utan observera temperaturbandet och reaktionstiden som matchar varje film.

För det tredje räknas nu frontens tre huvudböcker separat. Fingrar hanterar skuggning (aspektförhållandet är nyckeln), pasta plus LECO hanterar kontakt, skiktresistans plus passiveringsfilmer hanterar rekombination. Vilken huvudbok som inte balanserar är där effektiviteten fastnar. I framtiden kommer en fjärde post att läggas till i denna huvudbok: silverhalt.

Ooitechs syn

Det som slår oss när vi ser denna förändring är att frontside-spelet inte längre handlar om ett enda hjältematerial som bär hela kontakten. LECO, finare fingrar, högre skivresistans och tjockare passivering delar nu på jobbet, och det förändrar hur en modullinje måste tänka kring uppströms cellinmatning och nedströms stringning. På vår sida, när vi bygger nyckelfärdiga modulproduktionslinjer, påverkar bildförhållande och fingerbredd som 10 μm och 55 % här direkt hur tabber-stringer och sammankoppling är uppsatta, så cellmetalliseringstrender är inte bara en celltillverkares angelägenhet. Nyfikna på att höra från linjeingenjörer vad som faktiskt går sönder först när man pressar dessa fönster. Om du vill ha mer praktiskt solcellsfabriksinnehåll, vår YouTube-kanal www.youtube.com/ooitech är värd att följa.