激光增强接触优化（JSIM）对TOPCon电池接触电阻与湿热稳定性的双重改善

Xfilm埃利测量通过高精度电阻检测技术助力TOPCon电池工艺革新。针对传统Ag/Al浆料在DH85湿热环境下铝腐蚀引发的接触电阻暴增（ΔRs=13,000%）与PCE衰减92%问题，借助Xfilm的高灵敏度电阻检测系统赋能激光辅助烧结技术（JSIM）采用无铝浆料体系，结合低温烧结工艺使DH85测试中PCE衰减率降至3.6%，FF损失减少86%。SEM-EDS界面分析证实JSIM技术有效消除铝腐蚀，接触电阻波动率<±5%，为TOPCon量产提供稳定可靠的接触界面解决方案。

 

图1 (a)TOPCon太阳能电池示意图 (b)TOPCon模组 (c)实验流程

所有实验样品均基于G10 n型Cz硅片(182mm×182mm)制备。如图1(a)所示，实验组与对照组均采用Jolywood开发的POPAID技术制备TOPCon前驱体，差异主要体现在正面金属化工艺:JSIM组采用定制化银浆结合激光辅助烧结(1030nm/1000Hz)形成低阻接触,而对照组使用传统Ag/Al浆料。两组样本保持相同丝网印刷设计，并封装成含144半片电池的G-B组件(图1(b))，封装材料采用POE/EPE复合结构。

 

 

实验流程如图1(c)所示:电池经去离子水清洗、氮气干燥后，通过0.3g 0.9wt% NaCl溶液喷洒模拟污染环境，垂直放置于PTFE盒中避免交叉污染。DH85测试在恒温恒湿箱中进行，每10小时进行室温循环。电性能测试分别采用Halm在线系统(产线端)和LOANA系统(加速测试端)，组件输出通过GIV-200DS2616闪测仪评估。结合PL/RS成像、TLM接触电阻测试及冷冻FIB-SEM截面分析(图7)系统研究性能退化机制，EDS分析揭示铝腐蚀动力学。

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实测对比：JSIMvs传统工艺

/Xfilm

 

• 电池性能

图2 JSIM和基线电池生产线中I-V相关参数的箱线图

表1 JSIM和基准TOPCon太阳能电池的批次平均I-V结果

图2和表1展示了JSIM和基准TOPCon太阳能电池的I-V测试结果。JSIM电池平均PCE为25.1%，略高于基线组的25.0%。两者JSC（41.0mA/cm²）和VOC（723.3mV）接近，但JSIM填充因子（FF=83.2%）优于基线（FF=82.9%），表明激光辅助烧结工艺提升了金属-半导体接触质量。
 

加速DH85测试

图3 测试中PCE、Jsc、Voc、FF和Rs的相对变化情况

经40小时DH85测试后，JSIM组性能稳定，而基线TOPCon样品PCE下降92.0%，其NaCl电池Rs激增1.3×104%，高阻损耗致Jsc降低。JSIM样本表现优异，PCE仅衰减3.6%，Rs增幅（+240%）显著低于TOPCon电池。数据表明JSIM结构具有更强湿热稳定性（图3）。

图4 TOPCon太阳能电池在40小时DH85测试前后的PL图像

 

图

5 TOPCon太阳能电池在40小时DH85测试前后Rs图像

 

PL与Rs图像分析表明，JSIM与基线电池在DH85测试后呈现显著差异。PL图像显示基线电池母线附近出现暗区，表明硅-金属界面局部复合增加，而JSIM样本未现整体复合变化。基线NaCl组经40h DH85后Rs全域激增（与图3 I-V特性恶化关联），金属接触面受NaCl严重侵蚀。相比之下，JSIM-NaCl样本仅局部Rs微增（+240%），接触面维持低阻态，证实其结构可有效阻隔NaCl腐蚀，使TOPCon电池在湿热环境中保持稳定电接触性能。
 

• 接触电阻演化

 

图6 接触电阻（ρc）在DH85测试20h前后的对比

20小时DH85测试后，JSIM组接触电阻（ρc）从2.9mΩ·cm²微增至3.1mΩ·cm²，而基线组ρc从1.3mΩ·cm²剧增至200.6mΩ·cm²（图6）。数据表明JSIM技术通过无铝浆料体系与激光工艺协同作用，使抗腐蚀能力提升两个数量级。
 

失效机制分析

 

 

图7 40h DH85处理后TOPCon正面样品截面SEM及元素分布

FIB-SEM截面显示（图7）：
 

    ◇ 基线电池Al颗粒分散化，EDS检测到Al-O-Cl腐蚀产物
    ◇ JSIM电池保持完整Ag接触界面，无Al残留
    ◇ 激光处理形成均匀Ag-Si欧姆接触，消除电偶腐蚀风险。

 

模块级验证

 

 

图8 DH85测试后电池制造的玻璃背板组件的参数相对变化

经1000小时DH85测试后（图8）：
 

    ◇ JSIM模块Pmax衰减2.1%，FF损失0.6%
 

    ◇ 基线模块Pmax衰减7.3%，FF损失4.9%

 

电致发光成像（图9）显示基线模块沿焊带出现失效条纹，JSIM模块保持均匀发光。

 

 

图9 JSIM和基准模块在1000小时DH85测试前后的电致发光图像

 

 

该研究证实JSIM技术通过工艺创新（无Al浆料兼容性、接触稳定性提升）解决了TOPCon电池湿热失效难题，为低成本高效光伏应用提供关键技术支撑。

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产业变革：光伏技术“可靠+高效”

/Xfilm

 

JSIM 技术通过优化金属化工艺，使得接触界面的电阻更低、稳定性更高，从而有效减少了能量损耗，提高了电池的转换效率。TOPCon凭借效率与成本的平衡，正加速替代PERC，并成为HJT的有力竞争者。随着工艺成熟和规模效应释放，其在光伏市场的地位将日益巩固，为光伏产业的发展开辟新的篇章。

 

 

原文出处：《Enhancing the reliability of TOPCon technology by laser-enhanced contact firing 》