TOPCon Copper Plating ก้าวไปอีกขั้น: LIF แทนที่การเผาผนึก ประสิทธิภาพ +0.45% abs. ซ่อมแซมความเสียหาย Voc
สารบัญ
บทนำ
จากการศึกษาก่อนหน้ามาสู่ความก้าวหน้าใหม่
เมื่อวานนี้เราได้พูดถึงเอกสารจากมหาวิทยาลัยเจียงหนานเกี่ยวกับ TOPCon copper plating: การเจาะร่องด้วยเลเซอร์ทำให้ซิลิคอนเสียหาย ความเป็นผลึกลดลง 30 เปอร์เซ็นต์ และต้องใช้การอบอ่อนเพื่อซ่อมแซม เอกสารนั้นสรุปว่า การอบอ่อนที่ 750°C + การทำความสะอาดด้วย HF สามารถฟื้นฟูประสิทธิภาพจาก 23.41% กลับมาเป็น 24.85%
แต่ใครก็ตามที่อยู่ในสายการผลิตรู้ดีว่าการอบอ่อนที่ 750°C เองก็มีความเสี่ยง ความเสี่ยงในการเกิดฟองจากไฮโดรเจน — ช่วงอุณหภูมิแคบมาก สูงกว่า 775°C ชั้นพาสซีเวชันด้านหลังจะเกิดฟอง และที่ 800°C ผลลัพธ์แย่กว่าการไม่อบอ่อนเลย
มีวิธีที่ดีกว่านี้หรือไม่?
เอกสารฉบับที่สองที่เพิ่งตีพิมพ์ในปี 2026 โดยมหาวิทยาลัยเจียงหนาน + เจียงซู เซียงฮวน + DR Laser ให้คำตอบใหม่: ใช้ LIF (Laser-Induced Firing) เพื่อแทนที่การเผาผนึกที่อุณหภูมิต่ำแบบดั้งเดิม พร้อมซ่อมแซมความเสียหายจากเลเซอร์ไปพร้อมกัน
ผลลัพธ์: การปรับปรุงประสิทธิภาพ +0.45% abs.การเพิ่มขึ้นของ Voc 0.86mVและ — การปรับปรุงที่สำคัญในความสม่ำเสมอของความต้านทานสัมผัส
1. สรุปสั้นๆ: กระบวนการ TOPCon copper plating และจุดเจ็บปวด
กระบวนการมาตรฐานและจุดที่ทำให้เกิดปัญหา
กระบวนการ TOPCon Ni/Cu plating มาตรฐาน:
การเจาะร่องด้วยเลเซอร์ → การอบอุณหภูมิสูงเพื่อซ่อมแซมความเสียหาย → การทำความสะอาดด้วย HF → การชุบ Ni → การเผาผนึกที่อุณหภูมิต่ำ → การชุบ Cu
ปัญหาสองประการ:
การเจาะร่องด้วยเลเซอร์ทำให้ซิลิคอนเสียหาย: ดังที่กล่าวไว้ในบทความก่อนหน้า ความเป็นผลึกลดลงจาก 99.3% เป็น 69.8% จำเป็นต้องอบอุณหภูมิสูงเพื่อซ่อมแซม
การเผาผนึกที่อุณหภูมิต่ำแบบดั้งเดิมไม่สม่ำเสมอ: เตาเผาจะให้ความร้อนทั้งเซลล์ ขอบระบายความร้อนเร็วกว่าในขณะที่ตรงกลางร้อนกว่า ทำให้ ความต้านทานสัมผัสสูงที่ขอบและต่ำที่ตรงกลาง — การเก็บกระแสที่ไม่สม่ำเสมอส่งผลเสียต่อ FF
ความก้าวหน้าหลักของบทความใหม่นี้: การแทรก LIF เข้าไปในกระบวนการชุบช่วยฆ่านกสองตัวด้วยหินก้อนเดียว — มันแทนที่การเผาผนึกที่อุณหภูมิต่ำที่ไม่สม่ำเสมอและช่วยซ่อมแซมความเสียหายจากเลเซอร์
2. LIF คืออะไร และแตกต่างจากการเผาผนึกแบบดั้งเดิมอย่างไร?
การให้ความร้อนด้วยเตาเผา vs. การเชื่อมแบบจุดต่อจุด
การเผาผนึกที่อุณหภูมิต่ำแบบดั้งเดิม: วางเซลล์ทั้งหมดในเตาเผาและอบที่ 200–400°C ปัญหาคือความร้อนไม่สม่ำเสมอ — ขอบเย็นเร็วขึ้น ตรงกลางร้อนกว่า และความต้านทานสัมผัสแตกต่างกันอย่างมากทั่วทั้งเซลล์
LIF (Laser-Induced Firing): เลเซอร์อินฟราเรด 1064nm สแกนด้านหน้าของเซลล์อย่างรวดเร็วในขณะที่ใช้ไบอัสกลับ (2–18V) เลเซอร์กระตุ้นพาหะที่เกิดจากแสง ไบอัสกลับขับเคลื่อนพวกมันไปในทิศทาง ทำให้เกิดความร้อนจูลเฉพาะที่อย่างแม่นยำที่ส่วนต่อประสานโลหะ–ซิลิคอน.
ความแตกต่างในหนึ่งประโยค: การเผาผนึกแบบดั้งเดิมคือ "การอบทั้งเซลล์" LIF คือ "การเชื่อมแบบจุดต่อจุด" LIF ให้ความร้อนเฉพาะบริเวณสัมผัสใต้เส้นกริดเท่านั้น ส่วนอื่นๆ ยังคงไม่ได้รับผลกระทบทางความร้อน
3. LIF ทำงานได้ดีเพียงใดบนเซลล์ที่ชุบด้วยทองแดง?
การหาจุดที่เหมาะสมที่สุดที่ 14V
บทความนี้ทำการทดลองพื้นฐานก่อน: ใช้ LIF ที่แรงดันไบอัสกลับต่างๆ บนเซลล์ที่ผ่านการชุบ Ni/Cu เสร็จแล้ว
| แรงดันไบอัสกลับของ LIF | ประสิทธิภาพ | Voc | FF | Rs |
|---|---|---|---|---|
| ไม่มี LIF (พื้นฐาน) | 24.29% | 696.27mV | 81.74% | 1.51mΩ |
| 8V | กำลังดีขึ้น | — | — | — |
| 14V | 24.69% | +0.32mV | +1.22% | 1.16mΩ |
| 16–18V | ลดลง | ลดลง | ลดลงอย่างรวดเร็ว | ไม่เปลี่ยนแปลงโดยพื้นฐาน |
พารามิเตอร์ที่เหมาะสม: ไบอัสกลับ 14V, ประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น +0.401% สัมบูรณ์, FF เพิ่มขึ้น 1.22%, Rs ลดลง 23%
ทำไมแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นทำให้แย่ลง?
บทความใช้ Suns-Voc เพื่อวัดความหนาแน่นกระแสอิ่มตัวในที่มืด J01 และ J02:
J01 (แทนการรวมตัวกันของรอยต่อ pn): เปลี่ยนแปลงเล็กน้อยตามแรงดันไฟฟ้า
J02 (แทนการรวมตัวกันที่รอยต่อโลหะ–ซิลิคอน): ต่ำสุดที่ 14V, พุ่งสูงที่ 16–18V
คำแปล: แรงดันไฟฟ้ามากเกินไปหมายถึงความร้อนจูลที่มากเกินไป และรอยต่อจะ "ถูกเชื่อมจนตาย" หน้าต่างอยู่ที่ประมาณ 14V
4. ทำไม LIF ถึงซ่อมแซมความเสียหายจากเลเซอร์ได้?
รามานสเปกโทรสโกปีเผยความลับ
บทความทำการทดลองสำคัญ: ลอกโลหะที่ชุบออกและใช้รามานสเปกโทรสโกปีวัด ความเป็นผลึก ของซิลิคอนใต้เส้นกริด
| เงื่อนไข | ความเป็นผลึก |
|---|---|
| ไม่มี LIF (เฉพาะการอบอุณหภูมิสูงซ่อมแซม) | ~95% |
| LIF 8–14V | +0.76% ~ 1.84% |
| LIF 16–18V | ลดลง |
นอกเหนือจากการอบอุณหภูมิสูงแล้ว LIF ยังผลักดันความเป็นผลึกให้สูงขึ้นอีก
กลไก: LIF สร้างความร้อนสูงชั่วขณะเฉพาะที่ (สูงกว่าอุณหภูมิการอบอุณหภูมิสูงแบบดั้งเดิมมาก) ที่ช่วยให้ซิลิคอนอสัณฐานตกผลึกใหม่ได้สมบูรณ์ยิ่งขึ้น และ มันให้ความร้อนเฉพาะบริเวณใต้เส้นกริดเท่านั้น โดยปล่อยให้ชั้นพาสซิเวชันด้านหลังไม่ถูกแตะต้อง.
สิ่งนี้ช่วยแก้ปัญหาที่ค้างคาจากบทความก่อนหน้านี้ — ช่วงอุณหภูมิสำหรับการอบอ่อนที่อุณหภูมิสูงนั้นแคบ และที่อุณหภูมิสูงกว่า 775°C การพาสซีฟด้านหลังจะเกิดฟอง LIF คือการให้ความร้อนเฉพาะที่ ด้านหลังไม่ได้รับผลกระทบ ดังนั้นอุณหภูมิสามารถสูงขึ้นได้และผลการซ่อมแซมดีขึ้น
5. ควรใช้ LIF เมื่อใด? จังหวะเวลามีความสำคัญ
สามตัวเลือกและผู้ชนะที่ชัดเจน
กระบวนการชุบมีสามขั้นตอน: ชุบ Ni → การเผาที่อุณหภูมิต่ำ → ชุบ Cu ควรแทรก LIF ตรงไหน?
บทความเปรียบเทียบสามจังหวะเวลา:
| กลุ่ม | จังหวะเวลา LIF | แรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสมที่สุด | ประสิทธิภาพสูงสุด | ความเป็นผลึก |
|---|---|---|---|---|
| A | หลัง Ni ก่อนการเผา | 8V | 24.689% | ~95.6% |
| B | หลังการเผา ก่อน Cu | 8V | 24.663% | ~96.45% |
| C | หลัง Cu | 14V | 24.69% | สูงที่สุด |
บทสรุป: LIF ทำงานได้ดีที่สุดเมื่อวางไว้ที่จุดสิ้นสุด — หลังจากการชุบ Cu เสร็จสมบูรณ์.
ทำไม?
หลังการชุบ Cu ความต้านทานของอิเล็กโทรดลดลงอย่างมาก เมื่อ LIF ใช้แรงดันไฟฟ้า การกระจายกระแสจะสม่ำเสมอมากขึ้น การให้ความร้อนแบบจูลจะสม่ำเสมอมากขึ้น และการสัมผัสที่อินเทอร์เฟซได้รับการปรับให้เหมาะสมอย่างทั่วถึงมากขึ้น
หากใช้ LIF เฉพาะบนชั้น Ni (ก่อนชุบ Cu) ความต้านทานจะสูง แรงดันไฟฟ้าเดียวกันจะสร้างความร้อนแบบจูลมากเกินไป ซึ่งอาจทำให้ "เชื่อมอินเทอร์เฟซจนตาย" ได้ง่าย
6. การค้นพบที่ใหญ่กว่า: LIF สามารถแทนที่การเผาที่อุณหภูมิต่ำได้อย่างสมบูรณ์
ข้ามเตาเผาไปเลย
หาก LIF สามารถปรับการสัมผัส Ni–Si ให้เหมาะสมได้ แล้ว เราสามารถข้ามขั้นตอนการเผาที่อุณหภูมิต่ำแบบดั้งเดิมไปเลยได้หรือไม่?
บทความได้ออกแบบการทดลอง (กลุ่ม D): ชุบ Ni → LIF (8V) → ชุบ Cu โดยตรงโดยข้ามขั้นตอนการเผาที่อุณหภูมิต่ำ
ผลลัพธ์:
| กลุ่ม | กระบวนการ | ประสิทธิภาพ | ความสม่ำเสมอของความต้านทานสัมผัส (ความแตกต่างระหว่างขอบและศูนย์กลาง) |
|---|---|---|---|
| O | การเผาแบบดั้งเดิม ไม่มี LIF | ค่าพื้นฐาน | 3.53Ω |
| A | Ni+LIF+การเผา+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 (ไม่มีการซินเทอร์) | 24.74% | 0.45Ω |
ความสม่ำเสมอของความต้านทานสัมผัสของกลุ่ม D ดีกว่าทุกกลุ่มที่มีการซินเทอร์แบบดั้งเดิม
ทำไม?
เตาซินเทอร์แบบดั้งเดิมให้ความร้อนไม่สม่ำเสมอ — ขอบระบายความร้อนเร็ว ตรงกลางร้อนกว่า — ทำให้ความต้านทานสัมผัสที่ขอบสูงกว่าและตรงกลางต่ำกว่า LIF เป็นการสแกนแบบจุด ทุกจุดได้รับพลังงานเท่ากัน สม่ำเสมอโดยธรรมชาติ.
การปรับแรงดัน LIF เพิ่มเติมเป็น 6Vกลุ่ม D มีประสิทธิภาพถึง 24.74%โดยมี Voc ถึง 696.72mV — +0.45% abs. สูงขึ้นในประสิทธิภาพ และ +0.86mV สูงขึ้นใน Voc เมื่อเทียบกับพื้นฐานการซินเทอร์แบบดั้งเดิม + ไม่มี LIF
7. ผลกระทบต่อสายการผลิต: เกณฑ์การผลิตจำนวนมากสำหรับการชุบทองแดงลดลงหรือไม่?
ความก้าวหน้าที่เป็นรูปธรรมสามประการ
บทความนี้นำเสนอความก้าวหน้าที่เป็นรูปธรรมหลายประการ:
1. ความเสียหายของ Voc สามารถซ่อมแซมได้ และซ่อมแซมได้ดีขึ้น การอบอ่อนที่ 750°C จากบทความก่อนหน้ามีช่วงอุณหภูมิที่แคบและเสี่ยงต่อการเกิดพุพองที่ด้านหลัง LIF ให้ความร้อนเฉพาะที่ ด้านหลังปลอดภัย และการซ่อมแซมมีประสิทธิภาพมากขึ้น
2. ประหยัดขั้นตอนกระบวนการหนึ่งขั้นตอน แต่ต้องชั่งน้ำหนักการลงทุนในอุปกรณ์ กระบวนการดั้งเดิม: ชุบ Ni → ซินเทอร์อุณหภูมิต่ำ → ชุบ Cu วิธี LIF: ชุบ Ni → LIF → ชุบ Cu ประหยัดเตาซินเทอร์และเวลาในกระบวนการ แต่อุปกรณ์ LIF มีราคาแพงกว่า และการรวมเข้ากับสายชุบมีความซับซ้อนกว่า ผลตอบแทนจากการลงทุนที่แท้จริงขึ้นอยู่กับใบเสนอราคาอุปกรณ์
3. ความสม่ำเสมอของความต้านทานสัมผัสเป็นโบนัสที่ซ่อนอยู่ การซินเทอร์แบบดั้งเดิมมีช่องว่างความต้านทานสัมผัสจากขอบถึงศูนย์กลาง 3.53Ω; วิธี LIF ลดเหลือ 0.45Ω ความสม่ำเสมอที่ดีขึ้นหมายถึงการเก็บกระแสที่สม่ำเสมอมากขึ้น FF สูงขึ้น และความเสี่ยงจุดร้อนที่ระดับโมดูลลดลง
แต่อุปสรรคในการผลิตจำนวนมากยังคงมีอยู่:
การลงทุนในอุปกรณ์ LIF: ในขณะที่เปลี่ยนเตาเผาผนึก คุณเพิ่มเลเซอร์ + แหล่งจ่ายไฟ + ระบบควบคุม ราคาจากผู้จำหน่ายอุปกรณ์เป็นตัวกำหนดความคุ้มทุน
ความซับซ้อนของการรวมสายการผลิต: LIF ต้องเชื่อมต่อกับสายชุบได้อย่างราบรื่น และการจับคู่รอบเวลา (เอกสารใช้ความเร็วสแกน 20 ม./วินาที) ต้องมีการตรวจสอบความถูกต้อง
ความสม่ำเสมอในระดับ GW: เอกสารอยู่ในระดับห้องปฏิบัติการ/นำร่อง ความเสถียรของผลผลิตในการผลิตจำนวนมากขนาดใหญ่ยังต้องการข้อมูลสนับสนุน
8. การเปรียบเทียบกับ Aiko ABC
สองเส้นทาง สองเรื่องราว
| รายการ | Aiko ABC | TOPCon + LIF การชุบทองแดง |
|---|---|---|
| โครงสร้างเซลล์ | สัมผัสหลังเต็ม | ด้านหน้า + ด้านหลัง |
| ต้องมีการเจาะร่องด้วยเลเซอร์ | ไม่มี | ใช่ |
| ปัญหาความเสียหายจากเลเซอร์ | ไม่มี | ใช่ แต่ LIF สามารถซ่อมแซมความเสียหายและปรับปรุงการสัมผัสพร้อมกันได้ |
| กระบวนการทำให้เป็นโลหะ | การชุบ Cu/Ni/Sn | การชุบ Ni/Cu + LIF |
| สถานะการผลิตจำนวนมาก | อยู่ในระหว่างการผลิตจำนวนมากแล้ว | ห้องปฏิบัติการ / นำร่อง |
สถาปัตยกรรม BC ของ Aiko หลีกเลี่ยงปัญหาการเจาะร่องด้วยเลเซอร์โดยธรรมชาติ TOPCon ไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้ แต่ LIF นำเสนอโซลูชันแบบ "เติมร่อง + ปรับปรุง" — ไม่เพียงแต่ซ่อมแซมความเสียหาย แต่ยังลดขั้นตอนกระบวนการและปรับปรุงความสม่ำเสมอ
9. สรุป
สถานการณ์ปัจจุบัน
เอกสารใหม่นี้จากมหาวิทยาลัยเจียงหนานพิสูจน์สิ่งหนึ่ง: ความเสียหายจากเลเซอร์ในการชุบทองแดงของ TOPCon ไม่เพียงแต่สามารถซ่อมแซมได้ แต่ LIF ซ่อมแซมได้ดีกว่าการอบอ่อนแบบดั้งเดิม — และในระหว่างนั้นยังแก้ปัญหาความไม่สม่ำเสมอของการเผาผนึกที่อุณหภูมิต่ำอีกด้วย
ประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น +0.45% สัมบูรณ์, Voc เพิ่มขึ้น 0.86mV, และการปรับปรุงที่สำคัญในความสม่ำเสมอของความต้านทานการสัมผัส — ตัวเลขสามตัวนี้คุ้มค่าต่อการประเมินอย่างจริงจังในสายการผลิตใดๆ
เกณฑ์การผลิตจำนวนมากยังคงมีอยู่ แต่แผนงานทางเทคนิคเริ่มชัดเจนขึ้น
หัวข้อสนทนา: LIF แทนที่การเผาผนึกที่อุณหภูมิต่ำเป็น "การเตะครั้งสุดท้าย" สำหรับการผลิตจำนวนมากของการชุบทองแดง TOPCon หรือเป็นเพียง "การตกแต่งในห้องปฏิบัติการ"?
ข้อมูลอ้างอิง:
หัวข้อ: การบูรณาการการยิงด้วยเลเซอร์กับการชุบ Ni/Cu สำหรับการทำโลหะเซลล์แสงอาทิตย์ TOPCon
ผู้แต่ง: Jingyun Zhang, Xi Xi, Jianbo Shao และคณะ (มหาวิทยาลัยเจียงหนาน + เจียงซู เซียงฮวน เทคโนโลยี + DR Laser)
วารสาร: Solar Energy Materials and Solar Cells
ปี: 2026
DOI: 10.1016/j.solmat.2026.114198
