Медное покрытие TOPCon делает ещё один шаг вперёд: LIF
Содержание
Краткий ответ: Переход к медной металлизации TOPCon стал на шаг ближе к производству благодаря новому результату, основанному на более ранних работах Университета Цзяннань. Гальваническое осаждение заменяет серебряную металлизацию медью, и препятствием никогда не была сама концепция — это адгезия и барьерный слой, который не даёт меди диффундировать в кремний. Технологическое окно в этом исследовании составляет примерно от 750 °C до 800 °C для этапа формирования контактов, при этом на этапе формирования рисунка используется лазер с длиной волны 1064 нм, а отжиг проводится при 400 °C. Медь примерно на два порядка дешевле серебряной пасты, которую она должна заменить, а серебро — это самая крупная несвязанная с кремнием статья затрат в элементе TOPCon. Остающиеся вопросы — это совместимость с линией и долгосрочная надёжность: металлизированный контакт, который проходит начальную эффективность, но деградирует при влажном тепле, не является технологичным процессом.
Производство PV-модулей · от Джерри, Ooitech
Введение
От предыдущего исследования к новому прорыву
Вчера мы обсуждали статью из Университета Цзяннань о TOPCon меднении: лазерное гравирование повреждает кремний, кристалличность падает на 30 процентных пунктов, и для её восстановления требуется отжиг. В той статье был сделан вывод, что отжиг при 750°C + очистка HF может восстановить эффективность с 23,41% до 24,85%.
Но любой, кто работает на производственной линии, знает, что отжиг при 750°C сам по себе несет риск образования пузырей, вызванных водородом — температурное окно чрезвычайно узкое. Выше 775°C задний пассивирующий слой пузырится, а при 800°C результат даже хуже, чем без отжига вообще.
Есть ли лучший способ?
Вторая статья, только что опубликованная в 2026 году Цзяннаньским университетом + Jiangsu Xianghuan + DR Laser, предлагает новый ответ: использовать LIF (лазерное спекание) для замены традиционного низкотемпературного спекания, одновременно восстанавливая лазерные повреждения.
Результаты: повышение эффективности на +0,45% абс., прирост Voc на 0,86 мВ, и — значительное улучшение однородности контактного сопротивления.
1. Краткое резюме: процесс TOPCon медной металлизации и его болевые точки
Стандартный процесс и где он болит
Стандартный процесс TOPCon Ni/Cu металлизации:
Лазерная резка → Высокотемпературный отжиг для восстановления повреждений → Очистка HF → Ni осаждение → Низкотемпературное спекание → Cu осаждение
Две болевые точки:
Лазерная резка повреждает кремний: как обсуждалось в предыдущей статье, кристалличность падает с 99,3% до 69,8%, что требует высокотемпературного отжига для восстановления.
Традиционный низкотемпературный спекание неравномерно: печь нагревает всю ячейку, края рассеивают тепло быстрее, а центр остается горячее, что вызывает контактное сопротивление высоким на краях и низким в центре — неравномерный сбор тока ухудшает FF.
Ключевой прорыв этой новой статьи: введение LIF в процесс нанесения покрытия убивает двух зайцев одним выстрелом — он заменяет неравномерное низкотемпературное спекание и помогает восстановить повреждения от лазера.
2. Что такое LIF и чем он отличается от традиционного спекания?
Нагрев в печи против точечной сварки
Традиционное низкотемпературное спекание: поместите всю ячейку в печь и запекайте при 200–400°C. Проблема в неравномерном нагреве — края остывают быстрее, центр горячее, и контактное сопротивление значительно варьируется по ячейке.
LIF (лазерное индуцированное спекание): инфракрасный лазер 1064нм быстро сканирует переднюю часть ячейки при приложенном обратном смещении (2–18В). Лазер возбуждает фотогенерированные носители, обратное смещение направляет их, создавая точное локализованное джоулево нагревание на границе металл-кремний.
Разница в одном предложении: традиционное спекание — это "запекание всей ячейки", LIF — это "точечная сварка". LIF нагревает только область контакта под линиями сетки, оставляя все остальное термически нетронутым.
3. Насколько хорошо LIF работает на ячейках с медным покрытием?
Нахождение оптимальной точки при 14В
В статье сначала проводится базовый эксперимент: применяют LIF при различных напряжениях обратного смещения на ячейках, которые уже прошли Ni/Cu покрытие.
| Напряжение обратного смещения LIF | Эффективность | Voc | FF | Rs |
|---|---|---|---|---|
| Без LIF (базовый) | 24.29% | 696.27мВ | 81.74% | 1.51мОм |
| 8В | улучшение | — | — | — |
| 14В | 24.69% | +0.32мВ | +1.22% | 1.16мОм |
| 16–18В | падает | падает | резко падает | практически не меняется |
Оптимальные параметры: обратное смещение 14 В, прирост КПД +0,401% абс., прирост FF 1,22%, снижение Rs на 23%.
Почему более высокое напряжение ухудшает ситуацию?
В статье используется Suns-Voc для измерения плотностей темнового тока насыщения J01 и J02:
J01 (представляющая рекомбинацию pn-перехода): мало изменяется с напряжением
J02 (представляющая рекомбинацию на границе металл-кремний): минимальна при 14 В, резко возрастает при 16–18 В
Перевод: слишком большое напряжение означает чрезмерный джоулев нагрев, и граница раздела «приваривается насмерть». Окно находится как раз около 14 В.
4. Почему LIF может устранить повреждения от лазера?
Рамановская спектроскопия раскрывает секрет
В статье проведен ключевой эксперимент: удалите нанесенный металл и используйте рамановскую спектроскопию для измерения кристалличности кремния под линиями сетки.
| Условие | Кристалличность |
|---|---|
| Без LIF (только высокотемпературный отжиг для восстановления) | ~95% |
| LIF 8–14 В | +0.76% ~ 1.84% |
| LIF 16–18 В | уменьшается |
Помимо высокотемпературного отжига, LIF дополнительно повышает кристалличность.
Механизм: LIF генерирует локализованную мгновенную высокую температуру (значительно превышающую традиционные температуры отжига), что позволяет аморфному кремнию рекристаллизоваться более полно, и он нагревает только области под линиями сетки, не затрагивая слой пассивации на тыльной стороне.
Это решает давнюю проблему из предыдущей статьи — температурное окно для высокотемпературного отжига узкое, и выше 775°C тыльная пассивация вздувается. LIF — это локальный нагрев; тыльная сторона не затрагивается, поэтому температура может быть выше, и эффект восстановления лучше.
5. Когда следует применять LIF? Время имеет значение
Три кандидата и явный победитель
Процесс металлизации состоит из трех этапов: нанесение Ni → низкотемпературное спекание → нанесение Cu. Куда следует вставить LIF?
В статье сравниваются три момента:
| Группа | Время LIF | Оптимальное напряжение | Лучшая эффективность | Кристалличность |
|---|---|---|---|---|
| A | После Ni, перед спеканием | 8В | 24.689% | ~95.6% |
| B | После спекания, перед Cu | 8В | 24.663% | ~96.45% |
| C | После Cu | 14В | 24.69% | Наивысшая |
Заключение: LIF работает лучше всего, когда размещается в самом конце — после завершения меднения.
Почему?
После меднения сопротивление электрода резко падает. Когда LIF подает напряжение, распределение тока становится более равномерным, джоулев нагрев более равномерен, а контакт на границе раздела оптимизируется более тщательно.
Если LIF применяется только на слое Ni (до меднения), сопротивление высокое; то же напряжение вызывает чрезмерный джоулев нагрев, что может легко "пережечь интерфейс".
6. Более крупное открытие: LIF может полностью заменить низкотемпературное спекание
Полный отказ от печи
Если LIF может оптимизировать контакт Ni–Si, то можно ли просто полностью пропустить традиционный этап низкотемпературного спекания?
В статье был разработан эксперимент (группа D): Ni-покрытие → LIF (8 В) → прямое меднение, пропуская этап низкотемпературного спекания.
Результаты:
| Группа | Процесс | Эффективность | Равномерность контактного сопротивления (разница край–центр) |
|---|---|---|---|
| O | Традиционное спекание, без LIF | базовый уровень | 3.53Ω |
| A | Ni+LIF+Спекание+Cu | 24.689% | 2.05Ω |
| B | Ni+Спекание+LIF+Cu | 24.663% | 1.46Ω |
| C | Ni+Спекание+Cu+LIF | 24.69% | 1.54Ω |
| D | Ni+LIF+Cu (без спекания) | 24.74% | 0.45Ω |
Равномерность контактного сопротивления группы D превосходит все группы, включающие традиционное спекание.
Почему?
Традиционные печи спекания нагревают неравномерно — края быстро рассеивают тепло, центр горячее — что приводит к более высокому контактному сопротивлению по краям и более низкому в центре. LIF — это точечное сканирование; каждая точка получает точно одинаковую энергию, равномерно по своей природе.
Дальнейшая оптимизация напряжения LIF до 6 В，D组效率达到 24.74%，开路电压达到 696.72mV — 效率绝对提高+0.45% и 开路电压提高+0.86mV ，优于传统烧结+无LIF基线。
7. 产线影响：铜电镀的量产门槛是否降低？
三项具体进展
本文带来了几项切实的进展：
1. 开路电压损伤可修复，且修复效果更好。 前一篇文章中的750°C退火温度窗口窄，且有背面起泡风险。LIF局部加热，背面保持安全，修复更有效。
2. 节省一道工序，但需权衡设备投资。 传统流程：镀镍→低温烧结→镀铜。LIF方案：镀镍→LIF→镀铜。 节省了烧结炉和工艺时间，但LIF设备本身更昂贵，且与电镀线的集成更复杂。实际投资回报率取决于设备报价。
3. 接触电阻均匀性是隐藏的加分项。 传统烧结的边缘到中心接触电阻差为3.53Ω；LIF方案将其降至0.45Ω。更好的均匀性意味着更均匀的电流收集、更高的填充因子，以及组件端更低的热斑风险。
但量产障碍依然存在:
LIF设备投资：虽然替代了烧结炉，但增加了激光器、电源和控制系统。设备供应商的定价决定了经济性。
产线集成复杂度：LIF必须与电镀线无缝对接，节拍匹配（论文使用20 m/s扫描速度）需要验证。
吉瓦级一致性：论文处于实验室/中试水平；大规模量产中的良率稳定性仍需数据支持。
8. 与爱旭ABC对比
两条路径，两种故事
| Позиция | 爱旭ABC | TOPCon + LIF铜电镀 |
|---|---|---|
| Структура ячейки | 全背接触 | Лицевая + тыльная |
| Требуется лазерная канавка | Нет | Да |
| Проблема повреждения лазером | Нет | Да, но LIF может восстановить повреждения и одновременно оптимизировать контакт |
| Процесс металлизации | Гальваническое покрытие Cu/Ni/Sn | Гальваническое покрытие Ni/Cu + LIF |
| Статус массового производства | Уже в массовом производстве | Лаборатория / пилот |
Архитектура BC от Aiko естественным образом избегает проблемы лазерной канавки. TOPCon не может ее избежать, но LIF предлагает комбинированное решение «заполнить канавку + оптимизировать» — не только восстанавливая повреждения, но также экономя этап процесса и улучшая однородность.
9. Резюме
Текущее положение дел
Эта новая статья из Университета Цзяннань доказывает одно: повреждения от лазера при меднении TOPCon можно не только восстановить, но LIF восстанавливает их лучше, чем традиционный отжиг — и заодно решает проблему однородности низкотемпературного спекания.
Прирост эффективности +0,45% абс., прирост Voc на 0,86 мВ и значительное улучшение однородности контактного сопротивления — эти три показателя заслуживают серьезной оценки на любой производственной линии.
Порог массового производства все еще существует, но техническая дорожная карта становится все более ясной.
Тема для обсуждения: Является ли замена низкотемпературного спекания на LIF «последним толчком» для массового производства меднения TOPCon или просто «лабораторным украшением»?
Справочная информация:
Название: Интеграция лазерно-индуцированного спекания с Ni/Cu гальваническим покрытием для металлизации солнечных элементов TOPCon
Авторы: Цзинъюнь Чжан, Си Си, Цзяньбо Шао и др. (Университет Цзяннань + Jiangsu Xianghuan Technology + DR Laser)
Журнал: Solar Energy Materials and Solar Cells
Год: 2026
DOI: 10.1016/j.solmat.2026.114198
Мнение Ooitech
Ooitech считает: LIF превращает восстановление лазерных повреждений и однородность спекания в один этап, делая меднение TOPCon значительно более жизнеспособным путем к массовому производству без серебра.
Дополнительные материалы и справочные данные
Публичные справочные материалы по этой теме, опубликованные организациями, которые поддерживают технологическую дорожную карту и рыночные данные отрасли:
