TOPCon太阳能电池接触电阻优化：美能TLM测试仪助力LECO工艺实现25.97%效率突破

n-TOPCon太阳能电池因其独特的超薄二氧化硅（SiOx）层和n+多晶硅（poly-Si）层而受到关注，这种设计有助于实现低复合电流密度（J0）和降低接触电阻（ρc）。激光增强接触优化（LECO）工艺正在取代传统的高温烧结工艺，成为主流技术。研究了LECO工艺中不同参数（烧结温度、激光功率、反向电压）对金属接触复合电流密度、接触电阻率和I-V特性的影响。使用790°C烧结温度、18W激光功率和16V反向电压，实现了25.97%的最大效率。通过美能TLM接触电阻测试仪对接触电阻率（ρc）的精确测量，验证了LECO工艺在降低接触电阻、提升填充因子（FF）方面的显著效果。

 

材料与方

 

n-TOPCon太阳能电池结构和LECO工艺示意图

 

 

n-TOPCon太阳能电池结构：包括前表面的p+发射极、Al2O3和SiNx钝化层，以及后表面的SiOx和n+ poly-Si层。LECO工艺流程：

 

激光照射：使用红外激光（波长1064 nm，功率18-24 W）对前表面进行全幅扫描，激光能量集中于金字塔纹理的尖端。

 

反向电压施加：在激光作用时施加10-20 V的反向电压，引导光生载流子（电子和空穴）定向移动，促进银（Ag）与硅（Si）的互扩散。

 

接触优化机制：直接银-硅接触：激光诱导的局部高温使银浆中的银与硅形成直接接触，减少界面电阻。玻璃层中的纳米银胶体：激光和反向电压促使银在玻璃层中形成导电网络，通过隧穿效应传输电流。接触电阻测试

 

方法：使用美能TLM接触电阻测试仪（TLM-STD Millennial Solar）测量接触电阻率（ρc）。

 

目的：定量评估LECO工艺对金属与半导体接触电阻的优化效果。

 

美能TLM测试仪的高精度测量验证了LECO工艺在降低接触电阻方面的有效性。结果与讨论

 

Ag-Si接触结构的STEM图像

 

 

正常烧结样品在金字塔尖端有明显的腐蚀坑，而LECO处理样品显示出玻璃层和大量银胶体，表明LECO工艺减少了钝化层的损伤并优化了接触。烧结温度对接触的影响

 

不同烧结温度下的I-V数据

 

 

最佳烧结温度：790°C 是最佳烧结温度，此时电池效率最高（25.88%），Voc和FF均达到最优值。适当降低烧结温度（如760°C）可以减少钝化层损伤，但可能会牺牲部分接触质量，导致FF略有下降。高温烧结的局限性：820°C 的高温烧结虽然可以形成良好的接触，但对钝化层的损伤较大，导致Voc下降。高温烧结增加了金属化复合电流密度（J0,metal），降低了电池的整体性能。LECO工艺的优势：LECO工艺通过激光和反向电压的协同作用，在较低的烧结温度下实现了优化的金属接触。与传统高温烧结相比，LECO工艺显著减少了对钝化层的损伤，提高了电池的开路电压（Voc）和填充因子（FF）。激光功率的影响

 

激光照射前后的iVoc、J0和少子寿命

 

 

少数载流子寿命：激光处理后，少数载流子寿命显著增加。这表明激光辐照激活了更多的载流子，减少了复合中心，从而提高了电池的光电性能。增加的少数载流子寿命意味着更多的光生载流子可以参与电流的产生，从而提高电池的效率。

 

隐含开路电压（iVoc）：iVoc在激光处理后有所提高，这与少数载流子寿命的增加密切相关。较高的iVoc表明电池的电势差增加，反映了电池在光照条件下的性能提升。

 

复合电流密度（J0）：激光处理后，J0显著降低，表明激光辐照减少了电池内部的载流子复合。降低的J0值意味着电池的复合损失减少，从而提高了电池的整体性能。

 

不同激光功率下的I-V数据

 

 

最佳激光功率：18 W是最佳激光功率，此时电池效率最高（25.83%），Voc和FF均达到最优值。适当的激光功率可以显著优化金属接触，减少接触电阻（ρc），同时保持较低的复合电流密度（J0）。过高的激光功率：过高的激光功率（如24 W）会破坏钝化层，增加复合电流密度（J0），降低开路电压（Voc）。尽管接触电阻（ρc）可能进一步降低，但整体性能下降，效率显著降低。激光功率的优化：适当的激光功率是实现最佳性能的关键，过高的功率会导致钝化层损伤，反而降低电池性能。反向电压的影响

 

不同反向电压下的I-V数据

 

 

最佳反向电压：16V反向电压下，电池效率最高，FF和ρc达到最佳平衡。

 

过高反向电压的影响：当反向电压超过16V时，效率、FF和ρc基本保持不变，表明反向电压对电池性能的提升存在阈值效应。

 

最佳反向电压：16 V是最佳反向电压，此时电池效率最高（25.97%），Voc和FF均达到最优值。适当的反向电压可以显著优化金属接触，减少接触电阻（ρc），同时保持较低的复合电流密度（J0）。

 

激光功率和反向电压对I-V参数的影响

 

 

效率最大化：18W激光功率 + 16V反向电压。

 

填充因子最大化：22W激光功率 + 18V反向电压。

 

平衡策略：需根据实际需求权衡效率与FF，例如选择20W激光功率 + 16V反向电压以实现综合性能优化。COMSOL模拟

 

不同LECO工艺参数下的电子和空穴浓度

 

 

实验验证：图中的模拟结果与实验中观察到的激光功率和反向电压对电池性能的影响一致。例如，高激光功率增加载流子浓度，但过高功率损害钝化层，导致Voc下降。

 

工艺优化：模拟结果为LECO工艺参数的选择提供了理论依据，例如选择18W激光功率和16V反向电压以实现最佳载流子管理和接触优化。

 

通过实验与模拟相结合的方法，探讨了激光增强接触优化（LECO）工艺中烧结温度、激光功率、接触电阻和反向电压对n-TOPCon太阳能电池性能的影响。结果表明，适当降低烧结温度（790°C）可显著减少金属化复合损失，而18W激光功率和16V反向电压的组合在优化接触质量和提升电池效率方面表现出色，实现了25.97%的最高效率。美能TLM接触电阻测试仪

 

 

 

美能TLM接触电阻测试仪所具备接触电阻率测试功能，可实现快速、灵活、精准检测。

静态测试重复性≤1%，动态测试重复性≤3%

线电阻测量精度可达5%或0.1Ω/cm

接触电阻率测试与线电阻测试随意切换

定制多种探测头进行测量和分析

通过美能TLM接触电阻测试仪对接触电阻率（ρc）的精确测量，验证了LECO工艺在降低接触电阻、提升填充因子（FF）方面的显著效果。未来研究可进一步结合美能TLM测试仪的高精度分析能力，探索不同电池结构和材料组合，以进一步提升LECO工艺的适用性和效率潜力，推动n-TOPCon电池在光伏市场中的广泛应用。

 

原文出处：Impact of laser-enhanced contact optimization on n-TOPCon solar cells performance and efficiency: Experimental and simulated insights

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