Как один этап лазерной обработки заставил всю лицевую серебряную пасту изменить свой состав

Введение

До 2024 года фронтальная серебряная паста TOPCon почти полностью была легирована алюминием. Алюминий помогал прожигать диэлектрические слои, снижал контактное сопротивление, и все использовали его без проблем. Затем появился LECO, и картина полностью изменилась. Безалюминиевая серебряная паста почти за одну ночь вышла в лидеры, а алюминий-легированная паста отошла на второстепенную роль. После этого все углубились в безалюминиевое направление, работая над рецептурами паст, молекулярным дизайном и синергией процессов.

Так почему один лазерный процесс может так сильно повлиять на рецептуру серебряной пасты? На производстве многие знают, что это произошло, но не понимают, почему. Поняв это, вы действительно поймете фронтальное спекание TOPCon.

Фронтальная металлизация TOPCon переходит от «материал доминирует в контакте» к «материал, лазер, эмиттер и пальцы разделяют работу».

Начнем с фронтальной структуры

Возьмем типичную структуру TOPCon. Фронтальная сторона обычно представляет собой многослойный стек диэлектрических пленок, например SiOx, SiNx, AlOx. Некоторые процессы также включают функциональные слои, такие как SiOxNy, и точный стек зависит от производителя. Под всем этим находится бор-диффузионный эмиттер с типичной глубиной перехода всего 0,8–1 микрон.

Стеклофритта в серебряной пасте должна «проедать» эти диэлектрические пленки слой за слоем за несколько секунд спекания, чтобы закрепиться на поверхности эмиттера. Несколько пленок — несколько барьеров. Каждый слой имеет разный состав, толщину и плотность. Для стеклофритты это разные «блюда», и каждое требует своей температуры. Это структурная причина того, что окно спекания фронтальной стороны TOPCon естественно узкое: вы спекаете не одну пленку, а множество.

Эра алюминий-легированной пасты: алюминий — палка о двух концах

Как серебряная паста на самом деле соединяется с кремнием? Примерно так. Стеклофритта плавится и слой за слоем вытравливает диэлектрические плёнки. Выше 650°C серебро начинает растворяться в расплавленном стекле. Ещё в 2016 году NREL и SLAC сняли это вживую с помощью рентгеновской съёмки in-situ: при 700°C всего за 10 секунд 70% серебра растворилось в стеклянной фазе. Растворённые ионы серебра следуют за стеклом к поверхности эмиттера, вступают в окислительно-восстановительную реакцию с кремнием и снова выпадают в осадок в виде металлического серебра, образуя ряды «серебряных шипов». При охлаждении внутри стекла осаждаются кристаллиты серебра размером в несколько нанометров, формируя токопроводящие каналы, по которым выходит ток.

Проще говоря: фронтальное вжигание — это когда серебро прогуливается сквозь стекло и пускает корни внутри эмиттера.

В этом процессе роль алюминия очень реальна. Он помогает прожечь диэлектрические слои и снижает контактное сопротивление. Но алюминий также закладывает мины. Глубина перехода борного эмиттера составляет всего от 0,8 до 1 микрона. Серебряные шипы должны проникать достаточно глубоко, чтобы образовать низкоомный контакт, но не должны пробивать p-n переход. Алюминий изменяет реакцию стеклянной фазы, травление на границе раздела и поведение осаждения металла. При определённых технологических режимах чрезмерное участие алюминия может повысить риск пережига контакта и повреждения эмиттера. И долг алюминия — это не только этот счёт по пассивации. При высокотемпературном вжигании металлические пальцы оплывают и растекаются. После обжига пальцы становятся шире и короче, площадь затенения растёт, а оптические потери увеличиваются. В эпоху алюминиевого легирования это два плохих счета: интерфейс страдает от алюминия, а пальцы — от огня.

Одной строкой: эпоха алюминиевого легирования обменяла грубую силу алюминия на контакт, а расплатилась пассивацией и оптикой.

Когда появился LECO, небо изменилось

LECO (Laser Enhanced Contact Optimizing) был впервые предложен в 2016 году компанией Cell Engineering. Он вошёл в массовое производство TOPCon в 2023-2024 годах и теперь является стандартной отраслевой конфигурацией. Его значение не в том, что это «ещё один лазерный шаг». Его значение в том, что он перераспределяет механизм формирования фронтального контакта. Впервые инициатива формирования контакта частично изымается из рук пасты и передаётся лазеру, который выполняет точную локальную обработку на границе контакта, чтобы «активировать» контакт. Работу, которую раньше выполнял алюминий, лазер тоже может выполнять, и делает это точнее, не нанося вреда пассивации.

Уберите алюминий, и самый большой риск на фронтальной стороне — пробивание алюминием, разрушающее пассивацию борового эмиттера, исчезает в источнике. Это то, что отрасль называет «большим прыжком»: прямо от алюминий-легированной серебряной пасты к безалюминиевой серебряной пасте, практически без промежуточного состояния.

Вот ключевой момент, который люди чаще всего читают неправильно: безалюминиевая серебряная паста — это не просто «удаление алюминия». Удалите алюминий, и задача прожига диэлектрических слоёв полностью ложится на стеклофритту, а формирование контакта — на LECO. Состав стекла, морфология серебряного порошка и температурное окно спекания безалюминиевой пасты должны быть переработаны. Удаление алюминия разделяет одну старую проблему на две новые, а затем решает их одну за другой.

После безалюминиевой технологии борьба идёт за «внутреннее мастерство»

Безалюминиевая серебряная паста — это не финишная черта, а стартовая линия. За последние два года все оттачивали безалюминиевое направление, шлифуя «внутреннее мастерство» самой пасты. В августе команда Е Цзичуня из Нинбоского института материалов вместе с JA Solar и Zhejiang Guangda Electronics опубликовала работу по фронтальной металлизации с эффективностью 26,31% в журнале Matter. Это последний образец этой волны внутреннего мастерства.

Солнечные элементы TOPCon с эффективностью 26,31%, достигнутой за счёт синергетической металлизации с уменьшенным оптическим затенением и потерями на контактное сопротивление, https://doi.org/10.1016/j.matt.2026.102965

Разберём это: они сделали две вещи, о которых в эпоху алюминия никто даже не осмелился бы подумать.

Во-первых, они сделали серебряную пасту «конформной». Исходя из механизма обратимого пробоя и восстановления полимерной тиксотропной сети в пасте, они переработали молекулярную конфигурацию полимерной сети и межмолекулярной водородной связи, чтобы паста «вставала» после печати. Соотношение высоты к ширине напечатанных пальцев достигло 55%, поэтому пальцы высокие и узкие. Не стоит недооценивать эту цифру. Высокотемпературное спекание больше всего боится оседания и растекания пальцев. Соотношение 55% означает резкое снижение затенения и экономию значительной части оптических потерь. Это «умная сила» на уровне пасты — не грубая сила алюминия, а реологический дизайн.

Во-вторых, они сделали контакт «точечно-локализованным». Их кастомизированный процесс LECO применяет обратное смещение к ячейке, в то время как одночастотный лазер непрерывно сканирует передние пальцы. Инжекция носителей вызывает локальное джоулево тепло, формируя полусферический контакт Pb-Ag/Si сплава на плече пирамиды. Обратите внимание на три ключевых слова: низкое проникновение, низкое сопротивление, дискретные участки. Реакция контакта металл-полупроводник ограничена крошечными точками, а не вся поверхность "прожигается" как при традиционном спекании. Повреждение решетки, вызванное алюминием, исчезает, а потери от рекомбинации, индуцированной металлом, значительно снижаются.

Результат Нинбоского института: 26.31% сертифицированная эффективность третьей стороной, плотность тока короткого замыкания 41.98 мА/см², что устанавливает сертифицированный рекорд Jsc для крупноформатных TOPCon ячеек. Этот прирост Jsc по сути не от более сильного спекания, "прожигающего" контакт, а от "экономии" потерь на обоих концах одновременно: затенение пальцев и рекомбинация на границе раздела.

Лицевая сторона — не только поле битвы пасты

Возьмем Nature Energy 26.66% снова. Многие смотрят только на двойной слой поли-Si на его тыльной стороне, но его лицевая сторона также подвергается обработке, и логика та же, что и в работе Matter .

На фронтальной стороне сопротивление листа борного эмиттера повышено с обычных 215 Ом/кв до 430 Ом/кв. Более высокое сопротивление листа означает лучшую пассивацию (время жизни неосновных носителей увеличивается с 0.70 мс до 1.12 мс, плотность тока темнового насыщения снижается с 9 до 5 фА/см²), но контакт становится труднее создать. Решение идет на двух ногах. Пальцы сужены с 20 мкм до 10 мкм, а шаг уменьшен с 1120 мкм до 825 мкм, используя более плотные и тонкие пальцы для компенсации потерь на латеральный перенос при высоком сопротивлении листа, а также сокращая расход серебра на единицу площади примерно на треть. Другая нога опирается на процесс активации контакта для поддержки, решая проблему контакта при высоком сопротивлении листа на этапе металлизации.

Что более интересно — поставить две работы рядом. Та же команда. Nature Energy "блокирует серебро" на тыльной стороне, Matter "удаляет алюминий" на лицевой. Одна спереди, одна сзади, обе — "вычитание в металлизации". Плейбук алюминиевой эры «меняй грубую силу на контакт, плати пассивацией» систематически уходит в прошлое, уступая место: умной пасте, точечному лазеру, тонким пальцам, толстой пассивации.

Следующий бой: использовать ещё меньше серебра

Без алюминия решили проблему «повреждения пассивации», но следующий шаг в снижении затрат и повышении эффективности — это «снижение содержания серебра».

Если без алюминиевая серебряная паста решает вопрос «как установить контакт, не повредив пассивацию», то серебро с медным покрытием, низкосеребряная паста и даже чисто медная металлизация решают следующую задачу: как использовать меньше серебра.

Компания DK Electronic разработала медно-основное низкосеребряное решение для металлизации и совместно с ведущими клиентами первой вышла на массовое производство на TOPCon-элементах. JinkoSolar работает над чисто медной пастой, никелевой пастой и другими токопроводящими пастами на основе недрагоценных металлов. Решение ACM от LONGi уже представлено на рынке.

В 2026 году отказ от серебра перешёл из разряда «научного направления» в «гонку за индустриализацию».

Без алюминиевая серебряная паста решила вопрос «как не навредить пассивации», а высокомедная / чисто медная паста должна решить вопрос «как использовать меньше серебра». Следующий бой уже начался.

Три тезиса, которые стоит забрать на производственную линию

Во-первых, отказ от алюминия — это не экономия усилий, а смена подхода. От «алюминий прожжёт за вас» к «синергии формулы и лазера». Поймите это, и вы осознаете, почему технологическое окно всё ещё такое узкое: теперь прожигание и контакт — это два независимых механизма, требующих более точной координации.

Во-вторых, прежде чем настраивать окно спекания фронтальной стороны, сначала разберитесь, сколько плёнок перед вами и что это за плёнки. Время «проедания» разных стопок суммируется. Не смотрите только на пик кривой печи, следите за температурным диапазоном и временем реакции, соответствующими каждой плёнке.

В-третьих, три статьи баланса фронтальной эффективности теперь считаются отдельно. Пальцы отвечают за затенение (ключевое — соотношение сторон), паста плюс LECO — за контакт, удельное сопротивление и пассивирующие плёнки — за рекомбинацию. Какая статья баланса не сходится, там и застревает эффективность. В будущем в этот баланс добавится четвёртый пункт: содержание серебра.

Мнение Ooitech

Что нас поражает, наблюдая за этим сдвигом, так это то, что игра на фронтальной стороне больше не сводится к одному материалу-герою, который несет весь контакт. LECO, более тонкие пальцы, более высокое удельное сопротивление листа и более толстая пассивация теперь разделяют эту задачу, и это меняет то, как линия модулей должна думать о входных параметрах ячеек выше по потоку и о стринговании ниже по потоку. С нашей стороны, строя линии под ключ для производства модулей, соотношение сторон и ширина пальцев, такие как 10 мкм и 55% из этих данных, напрямую влияют на настройку таббер-стрингера и межсоединений, поэтому тенденции в металлизации ячеек — это не только забота производителя ячеек. Интересно услышать от инженеров линий, что на самом деле ломается первым, когда вы расширяете эти окна. Если вы хотите больше практического контента о солнечных фабриках, наш канал на YouTube www.youtube.com/ooitech стоит подписаться.