激光輔助燒結(jié)（LAF）技術(shù)（如激光增強(qiáng)接觸優(yōu)化LECO）已廣泛應(yīng)用于隧穿氧化層鈍化接觸（TOPCon）太陽(yáng)能電池的大規(guī)模生產(chǎn)。雖然LAF可優(yōu)化金屬-半導(dǎo)體接觸、提升鈍化效果，但業(yè)界對(duì)其在熱過(guò)程（特別是組件制造與潛在高溫暴露）中的可靠性存疑。本研究旨在建立LAF TOPCon電池的熱穩(wěn)定性邊界，并解析其背后的物理機(jī)制。美能PL/EL一體機(jī)測(cè)試儀的EL電致發(fā)光成像通過(guò)探針上電，可以分析電池的缺陷，尤其是電極和接觸異常，屬于接觸式測(cè)試，適合測(cè)試成品電池片。

激光輔助燒結(jié)（LAF）技術(shù)可顯著提升TOPCon電池效率，但其熱穩(wěn)定性是產(chǎn)業(yè)化關(guān)注的核心問(wèn)題。本研究系統(tǒng)性評(píng)估了LACon電池在組件制造過(guò)程（焊接、層壓）中的溫度耐受性，以及在450℃極限高溫下的性能演變規(guī)律。

實(shí)驗(yàn)方法

Millennial Solar

（a） LAF TOPCon太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖，以及穩(wěn)定性測(cè)試的實(shí)驗(yàn)流程圖：（b）在焊接和層壓過(guò)程中的熱條件下（c）在高溫RTA和LAF循環(huán)下

研究采用G10尺寸n型硅襯底制備TOPCon電池，前表面為硼擴(kuò)散發(fā)射極，背面為SiOx隧穿層與磷摻雜多晶硅。前后表面分別采用ALD、AlOx/PECVD、SiNx與PECVD SiNx鈍化。電池金屬化采用商用銀漿與LAF工藝。

熱穩(wěn)定性測(cè)試分為兩部分：

中等溫度測(cè)試：模擬組件制造中的焊接（350°C、10秒光浸泡）與層壓（150°C、15分鐘暗退火）過(guò)程，測(cè)量電池性能變化。

高溫測(cè)試：進(jìn)行450°C RTA（峰值430°C、3秒）與LAF循環(huán)，評(píng)估接觸穩(wěn)定性。

測(cè)試設(shè)備包括Sinton I-V測(cè)試儀、電致發(fā)光（EL）與光致發(fā)光（PL）成像系統(tǒng)，用于分析效率參數(shù)、復(fù)合特性及載流子壽命分布。

結(jié)果與討論

Millennial Solar

組件制造過(guò)程中的熱損失

TOPCon太陽(yáng)能電池在焊接和層壓過(guò)程后，單太陽(yáng)光下（a）PCE、（b）Jsc、（c）Voc和（d）FF值的絕對(duì)變化

層壓過(guò)程導(dǎo)致PCE下降約0.29%，主要源于FF降低（約0.66%）與Voc輕微下降（約1.5 mV）。焊接過(guò)程未引起退化，甚至因氫鈍化作用使Voc略有上升。這表明層壓相關(guān)的熱應(yīng)力是引起電池-組件（CTM）損失的主要原因。

中等溫度熱穩(wěn)定性分析

TOPCon太陽(yáng)能電池分別在150°C、180°C和250°C暗退火過(guò)程中，單太陽(yáng)I-V參數(shù)的絕對(duì)變化

TOPCon太陽(yáng)能電池在150°C暗退火、光浸泡和暗存儲(chǔ)循環(huán)下，（a）Voc和（b）pFF值的相對(duì)變化

（a）TOPCon太陽(yáng)能電池在150°C暗退火15分鐘前后的開(kāi)路基態(tài)PL圖像（b）短路基態(tài)PL圖像

150°C暗退火導(dǎo)致FF與Voc先下降后逐漸恢復(fù)，Jsc保持穩(wěn)定。FF損失主要源于偽填充因子（pFF）下降，后者與類(lèi)J02復(fù)合增加密切相關(guān)。更高溫度（180°C、250°C）退火加速退化與恢復(fù)過(guò)程，表明退化與恢復(fù)為競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制。

PL成像顯示，退化在低注入水平下更為顯著，且全區(qū)域壽命下降，排除邊緣復(fù)合為主要原因。短路PL圖像表明退化發(fā)生在前表面區(qū)域，結(jié)合J02上升，推斷空間電荷區(qū)（SCR）復(fù)合是主導(dǎo)機(jī)制。

暗退火與光浸泡的交互作用

TOPCon太陽(yáng)能電池在250°C暗退火和/或350°C光浸泡過(guò)程后，再經(jīng)過(guò)15分鐘150°C暗退火，其單太陽(yáng)下（a）Voc和（b）pFF值的絕對(duì)變化

TOPCon太陽(yáng)能電池經(jīng)受150°C/250°C暗退火和350°C光浸泡循環(huán)時(shí)（a）Voc和（b）pFF值的相對(duì)變化

250°C預(yù)退火可穩(wěn)定電池性能，但后續(xù)焊接（模擬為350°C光浸泡）會(huì)重新激活缺陷，導(dǎo)致層壓時(shí)再次退化。循環(huán)測(cè)試表明，光浸泡主要使已鈍化的缺陷重新激活，而非產(chǎn)生新缺陷。

值得關(guān)注的是，層壓后僅需1分鐘室溫光浸泡即可完全恢復(fù)性能，說(shuō)明野外運(yùn)行中此類(lèi)CTM損失可自修復(fù)。但在暗存儲(chǔ)中仍會(huì)出現(xiàn)部分性能衰減，這與紫外誘導(dǎo)退化（UVID）行為相似。

高溫RTA引起的接觸退化

TOPCon太陽(yáng)能電池在450°C RTA和LAF循環(huán)過(guò)程中，單太陽(yáng)下（a）PCE、（b）Jsc、（c）Voc、（d）FF、（e）Rs和（f）pFF值的絕對(duì)變化

樣品在初始狀態(tài)以及經(jīng)過(guò)3步RTA過(guò)程后的EL圖像

450°C RTA導(dǎo)致FF大幅下降（約21.6%），主要源于串聯(lián)電阻（Rs）急劇上升。后續(xù)LAF處理可恢復(fù)接觸性能，使FF與PCE回歸初始水平。重復(fù)RTA循環(huán)中，退化程度逐漸減弱，表明接觸劣化具有飽和趨勢(shì)。

EL圖像顯示RTA后出現(xiàn)暗區(qū)，對(duì)應(yīng)接觸不良，與I-V結(jié)果一致。

熱穩(wěn)定性機(jī)制探討

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SEBL、SELAF和HELAF太陽(yáng)能電池在150°C暗退火15分鐘后，單太陽(yáng)下（a）PCE、（b）Jsc、（c）Voc和（d）FF值的絕對(duì)變化

為L(zhǎng)AF TOPCon太陽(yáng)能電池中退化和再生所提出的三態(tài)缺陷模型及轉(zhuǎn)化路徑

氫相關(guān)退化模型：

研究提出三態(tài)缺陷模型（前驅(qū)態(tài)A、復(fù)合激活態(tài)B、恢復(fù)態(tài)C），用于描述缺陷在熱與光照下的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換。LAF過(guò)程可能引入更多氫并改變其分布，氫在發(fā)射極區(qū)積累可能導(dǎo)致SCR復(fù)合，表現(xiàn)為J02上升。高溫RTA中氫在金屬-硅界面聚集可能增加接觸電阻，而LAF處理可驅(qū)散界面氫，恢復(fù)接觸性能。

其他可能機(jī)制：

金屬沉淀物在高溫下擴(kuò)散并與氫形成復(fù)合體，引起性能波動(dòng)。

接觸結(jié)構(gòu)在高溫下發(fā)生變化：RTA使玻璃料軟化，破壞隧穿通道；LAF重建納米銀膠體隧穿路徑并增加直接接觸點(diǎn)，使后續(xù)RTA退化減輕。

本研究系統(tǒng)評(píng)估了LAF TOPCon電池在適中與高溫下的熱穩(wěn)定性。層壓過(guò)程引起的CTM損失（約0.29%絕對(duì)PCE）主要由空間電荷區(qū)J02型復(fù)合導(dǎo)致，但可通過(guò)短時(shí)光照完全恢復(fù)，戶(hù)外運(yùn)行中影響甚微。高溫RTA導(dǎo)致接觸劣化，但可通過(guò)LAF修復(fù)。提出氫主導(dǎo)的三態(tài)缺陷模型，解釋了缺陷激活、鈍化與再激活的動(dòng)力學(xué)。LAF引入的氫重新分布、金屬雜質(zhì)以及接觸結(jié)構(gòu)重組均是潛在機(jī)制。這些發(fā)現(xiàn)為L(zhǎng)AF TOPCon電池的可靠性評(píng)估與組件制造工藝優(yōu)化提供了重要依據(jù)。

美能PL/EL一體機(jī)測(cè)試儀

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美能PL/EL一體機(jī)測(cè)試儀模擬太陽(yáng)光照射鈣鈦礦太陽(yáng)能電池片，均勻照亮整個(gè)樣品，并用專(zhuān)業(yè)的鏡頭采集光致發(fā)光（PL）信號(hào)，獲得PL成像；電致發(fā)光（EL）信號(hào)，獲得EL成像。通過(guò)圖像算法和軟件對(duì)捕獲的PL/EL成像進(jìn)行處理和分析，并識(shí)別出PL/EL缺陷，根據(jù)其特征進(jìn)行分析、分類(lèi)、歸納等。

• EL/PL成像，500萬(wàn)像素，實(shí)現(xiàn)多種成像精度切換
• 光譜響應(yīng)范圍：400nm~1200nm
• PL光源：藍(lán)光（可定制光源尺寸、波長(zhǎng)等)
• 多種缺陷識(shí)別分析(麻點(diǎn)、發(fā)暗、邊緣入侵等)可定制缺陷種類(lèi)

美能PL/EL一體機(jī)測(cè)試儀對(duì)晶硅太陽(yáng)能電池片內(nèi)部的缺陷，如晶體缺陷、雜質(zhì)等，進(jìn)行高精度檢測(cè)從而幫助生產(chǎn)人員及時(shí)調(diào)整工藝參數(shù)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

原文參考：Thermal stability of laser-assisted fired TOPCon solar cells: Crucial insights for module manufacturing, certification testing, and field conditions

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