TOPCon太陽能電池接觸電阻優(yōu)化：美能TLM測試儀助力LECO工藝實現(xiàn)25.97%效率突破

n-TOPCon太陽能電池因其獨特的超薄二氧化硅（SiOx）層和n+多晶硅（poly-Si）層而受到關(guān)注，這種設(shè)計有助于實現(xiàn)低復(fù)合電流密度（J0）和降低接觸電阻（ρc）。激光增強接觸優(yōu)化（LECO）工藝正在取代傳統(tǒng)的高溫?zé)Y(jié)工藝，成為主流技術(shù)。研究了LECO工藝中不同參數(shù)（燒結(jié)溫度、激光功率、反向電壓）對金屬接觸復(fù)合電流密度、接觸電阻率和I-V特性的影響。使用790°C燒結(jié)溫度、18W激光功率和16V反向電壓，實現(xiàn)了25.97%的最大效率。通過美能TLM接觸電阻測試儀對接觸電阻率（ρc）的精確測量，驗證了LECO工藝在降低接觸電阻、提升填充因子（FF）方面的顯著效果。

材料與方

n-TOPCon太陽能電池結(jié)構(gòu)和LECO工藝示意圖

n-TOPCon太陽能電池結(jié)構(gòu)：包括前表面的p+發(fā)射極、Al2O3和SiNx鈍化層，以及后表面的SiOx和n+ poly-Si層。LECO工藝流程：

激光照射：使用紅外激光（波長1064 nm，功率18-24 W）對前表面進行全幅掃描，激光能量集中于金字塔紋理的尖端。

反向電壓施加：在激光作用時施加10-20 V的反向電壓，引導(dǎo)光生載流子（電子和空穴）定向移動，促進銀（Ag）與硅（Si）的互擴散。

接觸優(yōu)化機制：直接銀-硅接觸：激光誘導(dǎo)的局部高溫使銀漿中的銀與硅形成直接接觸，減少界面電阻。玻璃層中的納米銀膠體：激光和反向電壓促使銀在玻璃層中形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，通過隧穿效應(yīng)傳輸電流。接觸電阻測試

方法：使用美能TLM接觸電阻測試儀（TLM-STD Millennial Solar）測量接觸電阻率（ρc）。

目的：定量評估LECO工藝對金屬與半導(dǎo)體接觸電阻的優(yōu)化效果。

美能TLM測試儀的高精度測量驗證了LECO工藝在降低接觸電阻方面的有效性。結(jié)果與討論

Ag-Si接觸結(jié)構(gòu)的STEM圖像

正常燒結(jié)樣品在金字塔尖端有明顯的腐蝕坑，而LECO處理樣品顯示出玻璃層和大量銀膠體，表明LECO工藝減少了鈍化層的損傷并優(yōu)化了接觸。燒結(jié)溫度對接觸的影響

不同燒結(jié)溫度下的I-V數(shù)據(jù)

最佳燒結(jié)溫度：790°C 是最佳燒結(jié)溫度，此時電池效率最高（25.88%），Voc和FF均達(dá)到最優(yōu)值。適當(dāng)降低燒結(jié)溫度（如760°C）可以減少鈍化層損傷，但可能會犧牲部分接觸質(zhì)量，導(dǎo)致FF略有下降。高溫?zé)Y(jié)的局限性：820°C 的高溫?zé)Y(jié)雖然可以形成良好的接觸，但對鈍化層的損傷較大，導(dǎo)致Voc下降。高溫?zé)Y(jié)增加了金屬化復(fù)合電流密度（J0,metal），降低了電池的整體性能。LECO工藝的優(yōu)勢：LECO工藝通過激光和反向電壓的協(xié)同作用，在較低的燒結(jié)溫度下實現(xiàn)了優(yōu)化的金屬接觸。與傳統(tǒng)高溫?zé)Y(jié)相比，LECO工藝顯著減少了對鈍化層的損傷，提高了電池的開路電壓（Voc）和填充因子（FF）。激光功率的影響

激光照射前后的iVoc、J0和少子壽命

少數(shù)載流子壽命：激光處理后，少數(shù)載流子壽命顯著增加。這表明激光輻照激活了更多的載流子，減少了復(fù)合中心，從而提高了電池的光電性能。增加的少數(shù)載流子壽命意味著更多的光生載流子可以參與電流的產(chǎn)生，從而提高電池的效率。

隱含開路電壓（iVoc）：iVoc在激光處理后有所提高，這與少數(shù)載流子壽命的增加密切相關(guān)。較高的iVoc表明電池的電勢差增加，反映了電池在光照條件下的性能提升。

復(fù)合電流密度（J0）：激光處理后，J0顯著降低，表明激光輻照減少了電池內(nèi)部的載流子復(fù)合。降低的J0值意味著電池的復(fù)合損失減少，從而提高了電池的整體性能。

不同激光功率下的I-V數(shù)據(jù)

最佳激光功率：18 W是最佳激光功率，此時電池效率最高（25.83%），Voc和FF均達(dá)到最優(yōu)值。適當(dāng)?shù)募す夤β士梢燥@著優(yōu)化金屬接觸，減少接觸電阻（ρc），同時保持較低的復(fù)合電流密度（J0）。過高的激光功率：過高的激光功率（如24 W）會破壞鈍化層，增加復(fù)合電流密度（J0），降低開路電壓（Voc）。盡管接觸電阻（ρc）可能進一步降低，但整體性能下降，效率顯著降低。激光功率的優(yōu)化：適當(dāng)?shù)募す夤β适菍崿F(xiàn)最佳性能的關(guān)鍵，過高的功率會導(dǎo)致鈍化層損傷，反而降低電池性能。反向電壓的影響

不同反向電壓下的I-V數(shù)據(jù)

最佳反向電壓：16V反向電壓下，電池效率最高，F(xiàn)F和ρc達(dá)到最佳平衡。

過高反向電壓的影響：當(dāng)反向電壓超過16V時，效率、FF和ρc基本保持不變，表明反向電壓對電池性能的提升存在閾值效應(yīng)。

最佳反向電壓：16 V是最佳反向電壓，此時電池效率最高（25.97%），Voc和FF均達(dá)到最優(yōu)值。適當(dāng)?shù)姆聪螂妷嚎梢燥@著優(yōu)化金屬接觸，減少接觸電阻（ρc），同時保持較低的復(fù)合電流密度（J0）。

激光功率和反向電壓對I-V參數(shù)的影響

效率最大化：18W激光功率 + 16V反向電壓。

填充因子最大化：22W激光功率 + 18V反向電壓。

平衡策略：需根據(jù)實際需求權(quán)衡效率與FF，例如選擇20W激光功率 + 16V反向電壓以實現(xiàn)綜合性能優(yōu)化。COMSOL模擬

不同LECO工藝參數(shù)下的電子和空穴濃度

實驗驗證：圖中的模擬結(jié)果與實驗中觀察到的激光功率和反向電壓對電池性能的影響一致。例如，高激光功率增加載流子濃度，但過高功率損害鈍化層，導(dǎo)致Voc下降。

工藝優(yōu)化：模擬結(jié)果為LECO工藝參數(shù)的選擇提供了理論依據(jù)，例如選擇18W激光功率和16V反向電壓以實現(xiàn)最佳載流子管理和接觸優(yōu)化。

通過實驗與模擬相結(jié)合的方法，探討了激光增強接觸優(yōu)化（LECO）工藝中燒結(jié)溫度、激光功率、接觸電阻和反向電壓對n-TOPCon太陽能電池性能的影響。結(jié)果表明，適當(dāng)降低燒結(jié)溫度（790°C）可顯著減少金屬化復(fù)合損失，而18W激光功率和16V反向電壓的組合在優(yōu)化接觸質(zhì)量和提升電池效率方面表現(xiàn)出色，實現(xiàn)了25.97%的最高效率。美能TLM接觸電阻測試儀

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

定制多種探測頭進行測量和分析

通過美能TLM接觸電阻測試儀對接觸電阻率（ρc）的精確測量，驗證了LECO工藝在降低接觸電阻、提升填充因子（FF）方面的顯著效果。未來研究可進一步結(jié)合美能TLM測試儀的高精度分析能力，探索不同電池結(jié)構(gòu)和材料組合，以進一步提升LECO工藝的適用性和效率潛力，推動n-TOPCon電池在光伏市場中的廣泛應(yīng)用。

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

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