全球能源轉(zhuǎn)型加速下，晶體硅太陽電池仍占據(jù)超95%市場份額，其中TOPCon技術(shù)憑借隧穿氧化硅/多晶硅鈍化接觸結(jié)構(gòu)成為產(chǎn)業(yè)化主流，最高效率已達(dá)26.4 %。然而，傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷銀漿成本高、碳足跡大，電鍍Ni/Cu金屬化雖具備無銀化、細(xì)線寬、低串聯(lián)電阻等優(yōu)勢，卻因前道激光開槽導(dǎo)致晶格損傷，造成開路電壓損失。激光誘導(dǎo)燒火（LIF ）在絲印電池中已被證實可有效降低接觸電阻、提升效率，但在電鍍TOPCon電池中尚未系統(tǒng)應(yīng)用。美能TLM接觸電阻測試儀是專用于太陽能電池電極優(yōu)化中關(guān)鍵電學(xué)參數(shù)提取的高精度分析設(shè)備，具備接觸電阻率與柵線電阻雙重測試功能。為TOPCon電池等高效結(jié)構(gòu)的電極材料優(yōu)化與工藝改進(jìn)提供可靠的量化依據(jù)。

本研究系統(tǒng)探討了激光誘導(dǎo)燒火技術(shù)與鎳/銅電鍍工藝在隧穿氧化層鈍化接觸（TOPCon）太陽能電池金屬化中的集成應(yīng)用。通過對不同激光誘導(dǎo)燒火施加節(jié)點、反向電壓參數(shù)及工藝順序的全面優(yōu)化，揭示了激光誘導(dǎo)燒火對電鍍鎳/銅電極界面接觸性能、載流子復(fù)合行為及整體電學(xué)性能的調(diào)控機制，并首次提出采用激光誘導(dǎo)燒火替代傳統(tǒng)鎳低溫?zé)Y(jié)的創(chuàng)新技術(shù)路徑。

實驗方法

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具有Ni/Cu金屬化電極的TOPCon電池結(jié)構(gòu)

Ni/Cu電鍍電極TOPCon電池的制備工藝流程

激光誘導(dǎo)燒火工藝原理示意圖

本研究所用n型TOPCon電池基片，采用182.20 mm × 186.75 mm單晶硅片，厚度135 μm，電阻率0.6～1.2 Ω·cm，少數(shù)載流子壽命約180±100 μs。Ni/Cu電極電鍍工藝。

電池制備流程包括：制絨、硼擴散（發(fā)射極深度800 nm）、背面隧穿氧化層（~2.0 nm）及摻磷非晶硅（90 nm）沉積、高溫退火（900 °C）轉(zhuǎn)化為多晶硅層、正面AlO?（4.0 nm）及雙面SiN?鈍化層沉積、355 nm皮秒激光開槽形成電極圖形、700 °C退火2分鐘修復(fù)激光損傷、HF清洗、Ni電鍍、低溫?zé)Y(jié)、Cu電鍍。

LIF對Ni/Cu電鍍電池電性能的影響

在AM1.5G、1000?W/m2、25?°C條件下，未經(jīng)LIF處理及不同反向電壓LIF處理樣品的電性能：（a）開路電壓Voc（b）短路電流密度Jsc（c）填充因子FF（d）轉(zhuǎn)換效率PCE（e）串聯(lián)電阻Rs（f）并聯(lián)電阻Rsh

（a）擴散暗飽和電流密度J01（b）復(fù)合暗飽和電流密度J02

拉曼光譜三高斯峰擬合示意圖

未經(jīng)LIF及不同反向電壓LIF處理下的結(jié)晶度分析

未經(jīng)LIF處理的Ni/Cu電鍍TOPCon電池基準(zhǔn)效率為24.29%，開路電壓696.27 mV，短路電流密度42.67 mA/cm2，填充因子81.74%。與絲印電池相比，電鍍電池開路電壓出現(xiàn)明顯損失，主要源于激光開槽引入的殘余晶格損傷。

為修復(fù)損傷并改善界面接觸，在完成Cu電鍍后引入LIF處理，并設(shè)置反向偏壓梯度（8～18 V）。結(jié)果表明，LIF可顯著提升電池各項電參數(shù)。隨著反向電壓升高，填充因子、轉(zhuǎn)換效率及短路電流密度均呈先升后降趨勢，開路電壓略有提升但幅度較小。在14 V反向電壓下，串聯(lián)電阻由1.51 mΩ降至1.16 mΩ（相對降低23.17%），并聯(lián)電阻由3147 Ω升至4941 Ω（相對提升57.01%），電池效率絕對值提升0.401%，開路電壓提升0.32 mV，短路電流密度提升0.07 mA/cm2，填充因子絕對值提升1.22%。

暗飽和電流密度分析表明，在8～14 V范圍內(nèi)，J01基本保持不變，J02逐漸下降，于14 V時達(dá)到最低值，說明界面復(fù)合得到顯著抑制；而在16～18 V高電壓下，J01略有上升，J02急劇增大，短路電流密度隨之下降，反映出過高反向電壓引發(fā)的過度焦耳熱已導(dǎo)致新生熱損傷。

拉曼光譜結(jié)晶度分析進(jìn)一步印證了這一趨勢：LIF可在傳統(tǒng)高溫退火修復(fù)的基礎(chǔ)上，將電極下方硅結(jié)晶度進(jìn)一步提升0.76%～1.84%（絕對值），14 V時修復(fù)效果最佳；而16～18 V下熱損傷加劇，結(jié)晶度回落，開路電壓隨之下降。

LIF在電鍍流程中的引入時機

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電鍍工藝中LIF可能引入時機的示意圖（A、B、C三組）

三組不同LIF引入位置的電性能對比（Voc、Jsc、FF、PCE、Rs、Rsh）

三組不同LIF引入位置的暗飽和電流密度（J01、J02）分析

三組及基準(zhǔn)組的電極下方硅結(jié)晶度分析

鑒于電鍍Ni/Cu電極制備包含Ni電鍍、低溫?zé)Y(jié)、Cu電鍍三個關(guān)鍵步驟，本文將LIF分別引入三個節(jié)點：Ni電鍍后、低溫?zé)Y(jié)前（A組）；低溫?zé)Y(jié)后、Cu電鍍前（B組）；Cu電鍍后（C組）。所有組別均采用14 V/45 W LIF參數(shù)。

電性能對比顯示：C組表現(xiàn)最優(yōu)，B組次之，A組最差。Suns-Voc測試及拉曼結(jié)晶度分析表明，A組因在LIF形成歐姆接觸后再次經(jīng)歷低溫?zé)Y(jié)，二次熱處理引入額外界面缺陷，導(dǎo)致J01、J02均為最高，結(jié)晶度最低（約95.6%）。B組在低溫?zé)Y(jié)形成Ni-Si合金后經(jīng)LIF修復(fù)，結(jié)晶度顯著高于A組（約96.45%），但由于電極仍僅為Ni層、電阻較高，LIF時焦耳熱過大，修復(fù)效果仍受限。C組因Cu層已沉積完畢，電極電阻較低，LIF時熱場分布更為均勻，接觸界面平滑且微缺陷得以有效修復(fù)。

A組與B組在不同反向電壓LIF處理下的電性能（Voc、Jsc、FF、PCE）

針對A組與B組，進(jìn)一步優(yōu)化反向電壓（2～14 V）。A組最佳性能出現(xiàn)在8 V：此時LIF與低溫?zé)Y(jié)協(xié)同作用，填充因子達(dá)82.89%，效率達(dá)24.68%；14 V時性能下降，與前述二次熱損傷結(jié)論一致。B組整體變化平緩，8 V時開路電壓、短路電流密度、填充因子及效率均達(dá)到小峰值，14 V時仍略優(yōu)于A組但劣于C組。

LIF替代傳統(tǒng)鎳燒結(jié)的可行性研究

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D組與A、B組電性能對比（Voc、JscJ、FF、PCE）

不同工藝（低溫?zé)Y(jié)、LIF、LIF+燒結(jié)等）制備的電池結(jié)晶度對比

不同制造工藝（O、A、B、C、D組）電池接觸電阻橫向均勻性分布

基于A組在8 V下LIF已形成良好歐姆接觸、后續(xù)低溫?zé)Y(jié)增益甚微甚至產(chǎn)生負(fù)面影響這一發(fā)現(xiàn)，本研究嘗試省去低溫?zé)Y(jié)步驟，即在Ni電鍍后直接進(jìn)行LIF處理（45 W/8 V），隨后電鍍Cu，記為D組。I-V測試顯示，D組電性能優(yōu)于A、B組，與C組相當(dāng)。拉曼結(jié)晶度分析表明，D組LIF后硅結(jié)晶度高于傳統(tǒng)低溫?zé)Y(jié)組，這是因為LIF瞬時溫度遠(yuǎn)高于燒結(jié)溫度，可形成更穩(wěn)定的NiSi相。

D組工藝（Ni-LIF-Cu）在不同反向電壓（2~12 V）下的電性能對比（Voc、Jsc、FF、PCE）

進(jìn)一步采用TLM法對比各組接觸電阻橫向分布均勻性。未LIF處理的基準(zhǔn)組（O組）邊緣與中心接觸電阻差值達(dá)3.53 Ω，源于燒結(jié)爐溫度場不均；A組差值為2.05 Ω，B組1.46 Ω，C組1.54 Ω，而D組差值僅0.45 Ω，且平均接觸電阻最低。D組優(yōu)異均勻性歸因于LIF逐點逐線掃描、能量注入高度一致的工藝本質(zhì)，從根本上避免了傳統(tǒng)燒結(jié)爐宏觀溫場不均問題。

針對D組工藝，進(jìn)一步優(yōu)化LIF反向電壓（2～12 V）。最佳性能出現(xiàn)在6 V：開路電壓696.72 mV，短路電流密度42.80 mA/cm2，填充因子82.96%，轉(zhuǎn)換效率24.74%。相較于未LIF處理的傳統(tǒng)低溫?zé)Y(jié)電鍍TOPCon電池，效率絕對值提升0.45%，開路電壓提升0.86 mV。

本文系統(tǒng)研究了LIF技術(shù)在Ni/Cu電鍍TOPCon太陽電池中的應(yīng)用。LIF可顯著降低電鍍Ni/Cu電極接觸電阻、抑制界面復(fù)合、修復(fù)激光殘余損傷，使電池轉(zhuǎn)換效率絕對值提升0.401%，開路電壓恢復(fù)0.32 mV。通過調(diào)控LIF在電鍍流程中的引入節(jié)點及反向電壓，確定Cu電鍍后14 V為最優(yōu)工藝窗口。在此基礎(chǔ)上，首次提出以LIF完全替代傳統(tǒng)Ni低溫?zé)Y(jié)，采用Ni電鍍→LIF（6 V）→Cu電鍍工藝路線，電池平均效率達(dá)24.74%，開路電壓達(dá)697.0 mV，接觸電阻橫向不均勻度降至0.45 Ω。LIF憑借其微觀局域、能量精準(zhǔn)、熱場均勻的本質(zhì)優(yōu)勢，在接觸界面調(diào)控精度及均勻性方面展現(xiàn)出超越傳統(tǒng)燒結(jié)工藝的巨大潛力，為高性能TOPCon電池金屬化提供了一條極具前景的技術(shù)路徑。

美能TLM接觸電阻測試儀

Millennial Solar

美能TLM接觸電阻測試儀所具備接觸電阻率測試功能，可實現(xiàn)快速、靈活、精準(zhǔn)檢測。

靜態(tài)測試重復(fù)性≤1%，動態(tài)測試重復(fù)性≤3%

線電阻測量精度可達(dá)5%或0.1Ω/cm

接觸電阻率測試與線電阻測試隨意切換

定制多種探測頭進(jìn)行測量和分析

美能TLM接觸電阻測試儀通過傳輸線模型方法，對未經(jīng)LIF處理及不同工藝節(jié)點引入LIF的Ni/Cu電鍍TOPCon電池樣品進(jìn)行接觸電阻橫向均勻性表征，精確測定了電池邊緣至中心的接觸電阻分布梯度，該測試為LIF技術(shù)顯著提升金屬/硅接觸界面均勻性提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。