激光辅助技术助力TOPCon电池片转换效率提高0.38%
Published:
2023-10-20 11:05
Source:
Engineering GmbH申请专利，用于修复欠烧结的PERC电池。
工艺方法：对电池片照射高强度激光，同时施加10V或以上的偏转电压，由此产生的数安培的局部电流会显著降低金属与半导体之间的接触电阻。
处理时间：实验条件下每片硅片处理时间1.6秒，可以很容易地降低至1秒以下。
激光扫描电池片激发电荷载流子
自由载流子被迫通过金属-半导体形成的触点
高电流流过局部非常小的导电点
金属和半导体之间的接触电阻降低
钝化不会受到损害
图1：LECO技术适用于多种电池类型
图2：LECO工作原理示意图
图3：LECO影响区域的太阳能电池示意图
Laser-enhanced contact optimization(LECO)
激光增强接触优化（LECO）
使用LECO工艺的三个集成级别：
1.窄化效率分布+提高产量
2.适应电池生产工艺+受益于更大的工艺窗口
3.调整电池生产工艺+使用LECO浆料+通过Voc增益（+6mV）提高效率增益
LECO改进了现有的电池概念（Al BSF、PERC、选择性发射极）
——允许更大的烧结温度窗口
——允许在超低掺杂发射极上实现正确接触
——允许更高的太阳能电池Voc
LECO是新电池概念（钝化接触，n型）的关键
——允许接触较薄的半导体层
——允许使用烧穿性较小的银浆
——可实现低电阻接触，同时不会损坏钝化层
Cell Engineering推出激光设备
单机系统规格
——带有电池片输送带的LECO自动化工艺
——吞吐量500件/小时
——符合IEC标准的1类激光产品
集成系统规格
——可用于集成的各种接口选项
——LECO处理时间可小于1s
——符合IEC标准的4级激光系统
——占地面积约0.4m2
LECO技术在P-PERC电池上的效果
图6：LECO 技术在P-PERC电池上的效果
在P-PERC电池上，分别使用标准浆料/LECO专用浆料，细栅宽度40μm，主栅数量4道。LECO批次的平均开路电压高出6.9mV，而填充因子处于同一水平，略提升0.42%，短路电流增加0.08mA/cm2，总体来看，电池片转换效率提升0.38%。
图7：LECO 技术在N-TOPCon电池上的效果
实验设备：LECO Labtool
LECO所形成的接触点多位于金字塔顶峰附近。
兴趣区1（roi 1）：硅内发现丝状明亮材料对比区，表明银渗入了硅中。
兴趣区2（roi 2）：银栅线内出现了偏暗的区域，说明掺入了硅。
图8：LECO 处理前后电池表面变化
进一步的表征说明，兴趣区1中银含量小于20%，可以验证LECO诱导硅和银的相互扩散，形成局部亚微米大小的点接触。
LECO的反应模型
图9：LECO 的反应模型
第一步：由局部激光束形成感应载流子，结合偏置电压，形成局部电流；局部电流的优先路径是低电阻路径，该路径必须已经存在于栅线下方的发射极与Ag之间，并导致高电流密度。这些路径可以在金字塔的顶部或顶部附近找到；
第二步：高电流密度导致发热点，对应处发生烧结，引发银与硅的互相扩散；
第三步：冷却过程。电流引起的加热时间在微秒-毫秒之间，主要取决于载流子寿命。熔融点附近的温度将迅速降低。
根据《Microscale Contact Formation by Laser Enhanced ContacOptimization》分析，roi 1区丝状明亮材料来自在快速冷却步骤期间AgxSiy相中过量Ag的偏析。电流传输是基于通过玻璃层的电子隧穿，这是由于玻璃中的Ag沉淀物和溶解的Ag以及硅表面生长的Ag晶粒。
此外，在硼发射极中电流注入烧制银浆可以在玻璃层中产生额外的银枝晶。
因此，《Microscale Contact Formation by Laser Enhanced ContactOptimization》一文中，作者建议将CFC(the currentfired contacts)作为总电流传输中的额外电流路径。
LECO对浆料的影响
图10：LECO 处理前后电池表面变化
图11：LECO 处理前后电池表面变化
2019年贺利氏推出LECO专用浆料SOL8100，主要用于均匀发射极电池。配合LECO设备，提效水平约在0.15%。
图12：LECO 处理前后电池表面变化
LECO对浆料的影响
图13：LECO 处理前后电池表面变化
图14：LECO 处理前后电池表面变化
图一：常规烧结钝化层面积破坏过大造成开压低；
图二：贺利氏SOL8200系列浆料烧结后，栅线下大面积钝化层得以保留，再通过激光优化打通导电通路
•LECO on PERC / TOPCon
•效率增益：+0.14-0.37% /+0.14-0.52%
•主要驱动力：Voc 提升 (+6-7mV)
•作用机理和长期稳定性
•LECO引发电流烧结接触
•在电池和组件层面都具有长期稳定的效率增益
•特色
•峰值烧结温度降低
•可以适配极低掺杂发射极
•使用LECO银浆可获得额外的Voc增益
•使激光烧结相对标准烧结更具竞争力
国内厂商推出相关产品
图15：TOPCon电池效率提升路线图
