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激光輔助技術(shù)助力TOPCon電池片轉換效率提高0.38%
Published:
2023-10-20 11:05
Source:
Engineering GmbH申請專(zhuān)利，用于修複欠燒結的PERC電池。
工藝方法：對(duì)電池片照射高強度激光，同時(shí)施加10V或以上的偏轉電壓，由此産生的數安培的局部電流會(huì )顯著(zhù)降低金屬與半導體之間的接觸電阻。
處理時(shí)間：實(shí)驗條件下每片矽片處理時(shí)間1.6秒，可以很容易地降低至1秒以下。
激光掃描電池片激發(fā)(fā)電荷載流子
自由載流子被(bèi)迫通過(guò)(guò)金屬-半導體形成(chéng)的觸點(diǎn)
高電流流過(guò)(guò)局部非常小的導電點(diǎn)
金屬和半導體之間的接觸電阻降低
鈍化不會(huì )受到損害
圖1：LECO技術(shù)適用于多種(zhǒng)電池類(lèi)型
圖2：LECO工作原理示意圖
圖3：LECO影響區域的太陽(yáng)能(néng)電池示意圖
Laser-enhanced contact optimization(LECO)
激光增強接觸優(yōu)化（LECO）
使用LECO工藝的三個(gè)集成(chéng)級別：
1.窄化效率分布+提高産量
2.適應電池生産工藝+受益于更大的工藝窗口
3.調整電池生産工藝+使用LECO漿料+通過(guò)(guò)Voc增益（+6mV）提高效率增益
LECO改進(jìn)(jìn)了現有的電池概念（Al BSF、PERC、選擇性發(fā)(fā)射極）
——允許更大的燒結溫度窗口
——允許在超低摻雜發(fā)(fā)射極上實(shí)現正確接觸
——允許更高的太陽(yáng)能(néng)電池Voc
LECO是新電池概念（鈍化接觸，n型）的關(guān)鍵
——允許接觸較薄的半導體層
——允許使用燒穿性較小的銀漿
——可實(shí)現低電阻接觸，同時(shí)不會(huì )損壞鈍化層
Cell Engineering推出激光設備
單機系統規格
——帶有電池片輸送帶的LECO自動(dòng)化工藝
——吞吐量500件/小時(shí)
——符合IEC標準的1類(lèi)激光産品
集成(chéng)系統規格
——可用于集成(chéng)的各種(zhǒng)接口選項
——LECO處理時(shí)間可小于1s
——符合IEC標準的4級激光系統
——占地面(miàn)積約0.4m2
LECO技術(shù)在P-PERC電池上的效果
圖6：LECO 技術(shù)在P-PERC電池上的效果
在P-PERC電池上，分別使用標準漿料/LECO專(zhuān)用漿料，細柵寬度40μm，主柵數量4道(dào)。LECO批次的平均開(kāi)(kāi)路電壓高出6.9mV，而填充因子處于同一水平，略提升0.42%，短路電流增加0.08mA/cm2，總體來(lái)看，電池片轉換效率提升0.38%。
圖7：LECO 技術(shù)在N-TOPCon電池上的效果
實(shí)驗設備：LECO Labtool
LECO所形成(chéng)的接觸點(diǎn)多位于金字塔頂峰附近。
興趣區1（roi 1）：矽內發(fā)(fā)現絲狀明亮材料對(duì)比區，表明銀滲入了矽中。
興趣區2（roi 2）：銀柵線(xiàn)內出現了偏暗的區域，說(shuō)明摻入了矽。
圖8：LECO 處理前後(hòu)電池表面(miàn)變化
進(jìn)(jìn)一步的表征說(shuō)明，興趣區1中銀含量小于20%，可以驗證LECO誘導矽和銀的相互擴散，形成(chéng)局部亞微米大小的點(diǎn)接觸。
LECO的反應模型
圖9：LECO 的反應模型
第一步：由局部激光束形成(chéng)感應載流子，結合偏置電壓，形成(chéng)局部電流；局部電流的優(yōu)先路徑是低電阻路徑，該路徑必須已經(jīng)(jīng)存在于柵線(xiàn)下方的發(fā)(fā)射極與Ag之間，并導緻高電流密度。這(zhè)些路徑可以在金字塔的頂部或頂部附近找到；
第二步：高電流密度導緻發(fā)(fā)熱點(diǎn)，對(duì)應處發(fā)(fā)生燒結，引發(fā)(fā)銀與矽的互相擴散；
第三步：冷卻過(guò)(guò)程。電流引起(qǐ)的加熱時(shí)間在微秒-毫秒之間，主要取決于載流子壽命。熔融點(diǎn)附近的溫度將(jiāng)迅速降低。
根據《Microscale Contact Formation by Laser Enhanced ContacOptimization》分析，roi 1區絲狀明亮材料來(lái)自在快速冷卻步驟期間AgxSiy相中過(guò)(guò)量Ag的偏析。電流傳輸是基于通過(guò)(guò)玻璃層的電子隧穿，這(zhè)是由于玻璃中的Ag沉澱物和溶解的Ag以及矽表面(miàn)生長(cháng)(cháng)的Ag晶粒。
此外，在硼發(fā)(fā)射極中電流注入燒制銀漿可以在玻璃層中産生額外的銀枝晶。
因此，《Microscale Contact Formation by Laser Enhanced ContactOptimization》一文中，作者建議將(jiāng)CFC(the currentfired contacts)作爲總電流傳輸中的額外電流路徑。
LECO對(duì)漿料的影響
圖10：LECO 處理前後(hòu)電池表面(miàn)變化
圖11：LECO 處理前後(hòu)電池表面(miàn)變化
2019年賀利氏推出LECO專(zhuān)用漿料SOL8100，主要用于均勻發(fā)(fā)射極電池。配合LECO設備，提效水平約在0.15%。
圖12：LECO 處理前後(hòu)電池表面(miàn)變化
LECO對(duì)漿料的影響
圖13：LECO 處理前後(hòu)電池表面(miàn)變化
圖14：LECO 處理前後(hòu)電池表面(miàn)變化
圖一：常規燒結鈍化層面(miàn)積破壞過(guò)(guò)大造成(chéng)開(kāi)(kāi)壓低；
圖二：賀利氏SOL8200系列漿料燒結後(hòu)，柵線(xiàn)下大面(miàn)積鈍化層得以保留，再通過(guò)(guò)激光優(yōu)化打通導電通路
?LECO on PERC / TOPCon
?效率增益：+0.14-0.37% /+0.14-0.52%
?主要驅動(dòng)力：Voc 提升 (+6-7mV)
?作用機理和長(cháng)(cháng)期穩定性
?LECO引發(fā)(fā)電流燒結接觸
?在電池和組件層面(miàn)都(dōu)具有長(cháng)(cháng)期穩定的效率增益
?特色
?峰值燒結溫度降低
?可以適配極低摻雜發(fā)(fā)射極
?使用LECO銀漿可獲得額外的Voc增益
?使激光燒結相對(duì)標準燒結更具競爭力
國(guó)內廠(chǎng)商推出相關(guān)産品
圖15：TOPCon電池效率提升路線(xiàn)圖
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