激光輔助技術助力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顯著降低金屬與半導體之間的接觸電阻。
處理時間：實驗條件下每片矽片處理時間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)電荷載流子
自由載流子被(bèi)迫通過(guò)金屬-半導體形成(chéng)的觸點
高電流流過(guò)局部非常小的導電點
金屬和半導體之間的接觸電阻降低
鈍化不會受到損害
圖1：LECO技術适用于多種(zhǒng)電池類型
圖2：LECO工作原理示意圖
圖3：LECO影響區域的太陽能(néng)電池示意圖
Laser-enhanced contact optimization(LECO)
激光增強接觸優化（LECO）
使用LECO工藝的三個集成(chéng)級别：
1.窄化效率分布+提高産量
2.适應電池生産工藝+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)Voc增益（+6mV）提高效率增益
LECO改進(jìn)了現有的電池概念（Al BSF、PERC、選擇性發(fā)射極）
——允許更大的燒結溫度窗口
——允許在超低摻雜發(fā)射極上實現正确接觸
——允許更高的太陽能(néng)電池Voc
LECO是新電池概念（鈍化接觸，n型）的關鍵
——允許接觸較薄的半導體層
——允許使用燒穿性較小的銀漿
——可實現低電阻接觸，同時不會損壞鈍化層
Cell Engineering推出激光設備
單機系統規格
——帶有電池片輸送帶的LECO自動化工藝
——吞吐量500件/小時
——符合IEC标準的1類激光産品
集成(chéng)系統規格
——可用于集成(chéng)的各種(zhǒng)接口選項
——LECO處理時間可小于1s
——符合IEC标準的4級激光系統
——占地面(miàn)積約0.4m2
LECO技術在P-PERC電池上的效果
圖6：LECO 技術在P-PERC電池上的效果
在P-PERC電池上，分别使用标準漿料/LECO專用漿料，細栅寬度40μm，主栅數量4道(dào)。LECO批次的平均開(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，總體來看，電池片轉換效率提升0.38%。
圖7：LECO 技術在N-TOPCon電池上的效果
實驗設備：LECO Labtool
LECO所形成(chéng)的接觸點多位于金字塔頂峰附近。
興趣區1（roi 1）：矽内發(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）：銀栅線内出現了偏暗的區域，說明摻入了矽。
圖8：LECO 處理前後(hòu)電池表面(miàn)變化
進(jìn)一步的表征說明，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；局部電流的優先路徑是低電阻路徑，該路徑必須已經(jīng)存在于栅線下方的發(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)熱點，對(duì)應處發(fā)生燒結，引發(fā)銀與矽的互相擴散；
第三步：冷卻過(guò)程。電流引起(qǐ)的加熱時間在微秒-毫秒之間，主要取決于載流子壽命。熔融點附近的溫度將(jiāng)迅速降低。
根據《Microscale Contact Formation by Laser Enhanced ContacOptimization》分析，roi 1區絲狀明亮材料來自在快速冷卻步驟期間AgxSiy相中過(guò)量Ag的偏析。電流傳輸是基于通過(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)的Ag晶粒。
此外，在硼發(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專用漿料SOL8100，主要用于均勻發(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)大造成(chéng)開(kāi)壓低；
圖二：賀利氏SOL8200系列漿料燒結後(hòu)，栅線下大面(miàn)積鈍化層得以保留，再通過(guò)激光優化打通導電通路
•LECO on PERC / TOPCon
•效率增益：+0.14-0.37% /+0.14-0.52%
•主要驅動力：Voc 提升 (+6-7mV)
•作用機理和長(cháng)期穩定性
•LECO引發(fā)電流燒結接觸
•在電池和組件層面(miàn)都(dōu)具有長(cháng)期穩定的效率增益
•特色
•峰值燒結溫度降低
•可以适配極低摻雜發(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)标準燒結更具競争力
國(guó)内廠商推出相關産品
圖15：TOPCon電池效率提升路線圖
