كيف أجبرت خطوة ليزر واحدة عجينة الفضة الأمامية بأكملها على تغيير دمها

مقدمة

قبل عام 2024، كان معجون الفضة الأمامي لـ TOPCon في الغالب مشوبًا بالألمنيوم. ساعد الألمنيوم في حرق الطبقات العازلة، وساعد في خفض مقاومة التلامس، وكان الجميع يستخدمونه دون مشاكل. ثم ظهر LECO وانقلبت الصورة بأكملها. تصدر معجون الفضة الخالي من الألمنيوم المشهد بين عشية وضحاها تقريبًا، وتراجع المعجون المشوب بالألمنيوم إلى دور ثانوي. بعد ذلك، تعمق الجميع في اتجاه الخلو من الألمنيوم، مع التركيز على تركيبات المعجون والتصميم الجزيئي والتآزر العملي.

فلماذا يمكن لعملية ليزر واحدة أن تهز تركيبة معجون الفضة بهذه القوة؟ على خط الإنتاج، يعرف الكثير من الناس أنه حدث، لكن لا يعرفون السبب. فهم هذا يعني فهم عملية التلبيد الأمامية لـ TOPCon.

تنتقل عملية تعدين الواجهة الأمامية لـ TOPCon من "المادة تهيمن على التلامس" إلى "المادة والليزر والباعث والأصابع يتقاسمون العمل."

ابدأ من البنية الأمامية

خذ بنية TOPCon نموذجية. الجانب الأمامي عادة ما يكون كومة من الأغشية العازلة متعددة الطبقات، على سبيل المثال SiOx وSiNx وAlOx. بعض العمليات تضيف أيضًا طبقات وظيفية مثل SiOxNy، وتختلف الكومة الدقيقة حسب الشركة المصنعة. أسفل كل ذلك يوجد الباعث المشوب بالبورون، بعمق تقاطع نموذجي يتراوح بين 0.8 و1 ميكرون فقط.

يجب أن "يأكل" الزجاج المطحون في معجون الفضة هذه الأغشية العازلة طبقة تلو الأخرى في الثواني القليلة من التلبيد، حتى يتمكن من التجذر على سطح الباعث. أغشية متعددة، بوابات متعددة. لكل طبقة تركيبة وسمك وكثافة مختلفة. بالنسبة للزجاج المطحون، هذه أطباق مختلفة، ولكل منها حرارتها الخاصة. هذا هو السبب البنيوي وراء ضيق نافذة التلبيد الأمامية لـ TOPCon بشكل طبيعي: أنت لا تلبد فيلمًا واحدًا، بل تلبد العديد من الأغشية.

عصر التشويب بالألمنيوم: الألمنيوم سيف ذو حدين

كيف تتصل عجينة الفضة فعليًا بالسيليكون؟ تقريبًا هكذا. يذوب زجاج الفريت ويحفر طبقات الأفلام العازلة طبقة تلو الأخرى. فوق 650 درجة مئوية، تبدأ الفضة في الذوبان داخل الزجاج المنصهر. في عام 2016، صورته NREL وSLAC مباشرة باستخدام الأشعة السينية في الموقع: عند 700 درجة مئوية، في 10 ثوانٍ فقط، ذابت 70% من الفضة في الطور الزجاجي. تتبع أيونات الفضة المذابة الزجاج نحو سطح الباعث، وتتفاعل مع السيليكون في تفاعل أكسدة-اختزال، وتترسب مرة أخرى كفضة معدنية، وتنمو في صفوف من "مسامير الفضة." عند التبريد، تترسب بلورات الفضة الدقيقة بحجم بضعة نانومترات داخل الزجاج، مكونة قنوات موصلة تحمل التيار للخارج.

ببساطة: الحرق الأمامي هو السماح للفضة بالمرور عبر الزجاج، والتجذر داخل الباعث.

في هذه العملية، دور الألومنيوم حقيقي جدًا. يساعد في حرق الطبقات العازلة، ويخفض مقاومة التلامس. لكن الألومنيوم يزرع أيضًا ألغامًا أرضية. عمق تقاطع باعث البورون هو 0.8 إلى 1 ميكرون فقط. تحتاج مسامير الفضة إلى العمق الكافي لتشكيل تلامس منخفض المقاومة، لكن يجب ألا تخترق تقاطع p-n. يغير الألومنيوم تفاعل الطور الزجاجي، وحفر الواجهة، وسلوك ترسب المعدن. في ظل أنظمة معالجة معينة، يمكن أن يؤدي الإفراط في مشاركة الألومنيوم إلى زيادة خطر الحرق الزائد للتلامس وتلف الباعث. والديون المعدومة للألومنيوم ليست مجرد حساب تخميل واحد. تحت الحرق بدرجة حرارة عالية، تتدلى الأصابع المعدنية وتنتشر. بعد الحرق، تصبح الأصابع أعرض وأقصر، وتنمو مساحة التظليل، ويزداد الفقد البصري. في عصر التطعيم بالألومنيوم، هذان دفتران سيئان: الواجهة تتأذى من الألومنيوم، والأصابع تحترق بالنار.

سطر واحد: عصر التطعيم بالألومنيوم استبدل القوة الغاشمة للألومنيوم بالتلامس، ودفع الفاتورة بالتخميل والبصريات.

عندما جاء LECO، تغيرت السماء

LECO (تحسين التلامس المعزز بالليزر) اقترحته Cell Engineering لأول مرة في عام 2016. دخل الإنتاج الضخم لـ TOPCon في 2023-2024، وهو الآن تكوين قياسي في الصناعة. معناه ليس "خطوة ليزر إضافية." معناه أنه يعيد توزيع آلية تشكيل التلامس الأمامي. ولأول مرة، يتم إخراج جزء من مبادرة تشكيل التلامس من يد العجينة وإعطاؤها لليزر، الذي يقوم بمعالجة محلية دقيقة عند واجهة التلامس "لتنشيط" التلامس. العمل الذي كان الألومنيوم يقوم به، يمكن لليزر القيام به أيضًا، ويقوم به بدقة أكبر، دون الإضرار بالتخميل.

أخرج الألمنيوم، ويختفي الخطر الأكبر على الواجهة الأمامية، وهو اختراق الألمنيوم الذي يدمر طبقة التخميل لبورون الباعث، من مصدره. هذا ما يسميه الصناعة "القفزة الكبيرة": الانتقال مباشرة من عجينة الفضة المطعمة بالألمنيوم إلى عجينة الفضة الخالية من الألمنيوم، دون أي حالة انتقالية تقريبًا بينهما.

هنا نقطة يخطئ الناس في قراءتها بسهولة: عجينة الفضة الخالية من الألمنيوم ليست مجرد "حذف الألمنيوم". احذف الألمنيوم، وتقع مهمة الحرق عبر الطبقات العازلة بالكامل على عجينة الزجاج، بينما يقع تكوين التلامس على LECO. يجب إعادة تصميم تركيبة الزجاج، وشكل جزيئات الفضة، ونافذة درجة حرارة التلبيد للعجينة الخالية من الألمنيوم. إزالة الألمنيوم تقسم مشكلة قديمة واحدة إلى مشكلتين جديدتين، ثم تحلهما واحدة تلو الأخرى.

بعد الخلو من الألمنيوم، المعركة تدور حول "المهارة الداخلية"

عجينة الفضة الخالية من الألمنيوم ليست خط النهاية، بل هي خط البداية. على مدى العامين الماضيين، كان الجميع يصقلون في اتجاه الخلو من الألمنيوم، ويطحنون على "المهارة الداخلية" للعجينة نفسها. في أغسطس الماضي، نشر فريق يي جيتشون في معهد نينغبو للمواد، بالتعاون مع JA Solar وتشجيانغ قوانغدا للإلكترونيات، عملًا عن المعدنة الأمامية بكفاءة 26.31% في مجلة Matter. هذا هو أحدث عرض لهذه الموجة من المهارة الداخلية.

خلايا شمسية TOPCon بكفاءة 26.31% بفضل المعدنة التآزرية مع تقليل التظليل البصري وفقدان مقاومة التلامس، https://doi.org/10.1016/j.matt.2026.102965

حلل الأمر، وفعلت شيئين لم يكن أحد في عصر الألمنيوم ليفكر حتى في القيام بهما.

أولاً، جعلت عجينة الفضة "مطابقة للسطح". بدءًا من آلية الانهيار وإعادة البناء القابلة للعكس للشبكة الانسيابية البوليمرية في العجينة، أعادوا تصميم التكوين الجزيئي للشبكة البوليمرية وشبكة الروابط الهيدروجينية بين الجزيئات، بحيث "تقف" العجينة بعد طباعتها. وصلت نسبة العرض إلى الارتفاع للأصابع المطبوعة إلى 55%، لذا تكون الأصابع طويلة وضيقة. لا تقلل من شأن هذا الرقم. ما يخافه التلبيد عند درجات الحرارة العالية أكثر هو ترهل الأصابع وانتشارها. نسبة العرض إلى الارتفاع 55% تعني انخفاضًا حادًا في التظليل، وتوفير جزء كبير من الخسارة البصرية. هذه هي "القوة الذكية" على مستوى العجينة، ليست القوة الغاشمة للألمنيوم، بل تصميم الانسيابية.

ثانيًا، جعلت التلامس "محدد الموقع". عملية LECO المخصصة لديهم تطبق انحيازًا عكسيًا على الخلية بينما يقوم ليزر أحادي التردد بمسح الأصابع الأمامية باستمرار. يؤدي حقن الحاملات إلى إحداث حرارة جول محلية، مما يشكل تلامسًا نصف كرويًا من سبيكة Pb-Ag/Si عند كتف الهرم. لاحظ ثلاث كلمات رئيسية: اختراق منخفض، مقاومة منخفضة، مواقع منفصلة. يقتصر تفاعل التلامس بين المعدن وأشباه الموصلات على نقاط صغيرة جدًا، بدلاً من أن يتم "حرق" السطح بأكمله كما في التلبيد التقليدي. يختفي الضرر الشبكي الناجم عن الألومنيوم، وينخفض فقدان إعادة التركيب الناجم عن المعدن كثيرًا.

نتيجة معهد نينغبو: كفاءة معتمدة من طرف ثالث بنسبة 26.31%، وكثافة تيار الدارة القصيرة 41.98 مللي أمبير/سم²، محققًا رقمًا قياسيًا معتمدًا لـ Jsc لخلايا TOPCon كبيرة المساحة. هذا الكسب في Jsc ليس أساسًا من تلبيد أقوى "يحرق" التلامس، بل من "توفير" الخسارة على كلا الطرفين في وقت واحد، تظليل الأصابع وإعادة التركيب عند الواجهة.

الوجه الأمامي ليس ساحة معركة العجينة وحدها

خذ Nature Energy 26.66% مرة أخرى. كثير من الناس يحدقون فقط في طبقة البولي سيليكون المزدوجة على ظهرها، لكن وجهها الأمامي أيضًا تحت السكين، والمنطق هو نفسه كما في عمل Matter .

في المقدمة، يتم رفع مقاومة الصفائح للباعث البورون من المعتاد 215 أوم/مربع إلى 430 أوم/مربع. مقاومة صفائح أعلى تعني تمريرًا أفضل (عمر الحاملات الأقلية يرتفع من 0.70 مللي ثانية إلى 1.12 مللي ثانية، وكثافة تيار التشبع المظلم تنخفض من 9 إلى 5 فيمتو أمبير/سم²)، لكن التلامس يصبح أصعب في التحقيق. الحل يسير على قدمين. يتم تضييق الأصابع من 20 ميكرومتر إلى 10 ميكرومتر، وتقليص التباعد من 1120 ميكرومتر إلى 825 ميكرومتر، باستخدام أصابع أكثر كثافة وأدق لتعويض فقد النقل الجانبي للمقاومة العالية للصفائح، وتقليل استخدام الفضة لكل وحدة مساحة بحوالي الثلث على طول الطريق. القدم الأخرى تعتمد على عملية تنشيط التلامس لدعمها، وحل مشكلة التلامس عالي المقاومة للصفائح في خطوة المعدنة.

الأكثر إثارة للاهتمام هو وضع العملين جنبًا إلى جنب. نفس الفريق. Nature Energy "يحجب الفضة" في الخلف، Matter "يزيل الألومنيوم" في الأمام. واحد أمامي وواحد خلفي، كلاهما "طرح في المعدنة." إن أسلوب عصر الألمنيوم القائم على "مقايضة القوة بالتماس، والدفع بالتخميل" يُتقاعد بشكل منهجي، ليحل محله: معجون ذكي، ليزر موضعي، أصابع دقيقة، تخميل سميك.

المعركة القادمة: استخدام فضة أقل

حل غياب الألمنيوم مشكلة "ضرر التخميل"، لكن الخطوة التالية في خفض التكلفة ورفع الكفاءة هي "تقليل محتوى الفضة."

إذا كان معجون الفضة الخالي من الألمنيوم يحل مشكلة "كيفية تحقيق التماس دون الإضرار بالتخميل"، فإن الفضة المطلية بالنحاس، والمعجون منخفض الفضة، وحتى المعدنة النحاسية النقية تحل المشكلة التالية: كيفية استخدام فضة أقل.

طورت شركة DK Electronic حلاً للمعدنة النحاسية منخفضة الفضة، وعملت مع عملاء رائدين لتكون الأولى في الوصول إلى الإنتاج الضخم على خلايا TOPCon. وتتعامل شركة JinkoSolar مع معجون النحاس النقي ومعجون النيكل وغيرها من معاجين التوصيل المعدنية الأساسية. حل المعدنة ACM من LONGi موجود بالفعل على اللوحة.

في عام 2026، تحول التخلي عن الفضة من "اتجاه بحثي" إلى "سباق تصنيعي."

حل معجون الفضة الخالي من الألمنيوم مشكلة "كيفية عدم الإضرار بالتخميل"، بينما يجب على معجون النحاس العالي/النقي حل مشكلة "كيفية استخدام فضة أقل." لقد بدأت المعركة القادمة بالفعل.

ثلاثة خطوط لنقلها إلى خط الإنتاج

أولاً، غياب الألمنيوم لا يتعلق بتوفير الجهد، بل بتغيير الأسلوب. من "الألمنيوم يخترق نيابة عنك" إلى "تآزر الصيغة والليزر." افهم هذا، وستعرف لماذا لا تزال نافذة العملية ضيقة، لأن الاختراق والتماس الآن آليتان مستقلتان تعملان معًا، وتحتاجان إلى تنسيق أوثق.

ثانيًا، قبل ضبط نافذة التلبيد الأمامية، اكتشف أولاً عدد الأغشية أمامك وما هو كل منها. تتضاعف أوقات "الاختراق" للطبقات المختلفة. لا تنظر فقط إلى ذروة منحنى الفرن، بل راقب نطاق درجة الحرارة ووقت التفاعل المطابق لكل غشاء.

ثالثًا، تُحسب الآن الدفاتر الثلاثة للكفاءة الأمامية بشكل منفصل. تتعامل الأصابع مع التظليل (نسبة العرض إلى الارتفاع هي المفتاح)، ويتعامل المعجون مع LECO مع التماس، وتتعامل مقاومة الصفائح وأغشية التخميل مع إعادة التركيب. أي دفتر لا يتوازن هو المكان الذي تعلق فيه الكفاءة. في المستقبل، سيُضاف عنصر رابع إلى هذا الدفتر: محتوى الفضة.

رؤية Ooitech

ما يلفت انتباهنا عند مشاهدة هذا التحول هو أن لعبة الواجهة الأمامية لم تعد تعتمد على مادة بطلة واحدة تتحمل كامل التلامس. الآن، LECO، والأصابع الأدق، ومقاومة الصفائح الأعلى، والطبقة العازلة الأكثر سمكًا تتقاسم المهمة، وهذا يغير كيفية تفكير خط إنتاج الألواح في مدخلات الخلايا من الأعلى وفي عملية الربط التسلسلي من الأسفل. من جانبنا، عند بناء خطوط إنتاج ألواح جاهزة تسليم مفتاح، فإن نسبة الارتفاع إلى العرض وعرض الأصابع مثل الأرقام 10 ميكرومتر و55% هنا تؤثر مباشرة على إعداد آلة اللحام التسلسلي والترابط، لذا فإن اتجاهات معدنة الخلايا ليست مجرد شأن يخص مصنعي الخلايا. يسعدنا سماع آراء مهندسي الخطوط حول ما ينكسر فعليًا أولاً عند دفع هذه النوافذ. إذا كنت تريد المزيد من المحتوى العملي حول مصانع الطاقة الشمسية، قناتنا على يوتيوب www.youtube.com/ooitech تستحق المتابعة.