طلاء النحاس TOPCon يخطو خطوة أخرى إلى الأمام: LIF
جدول المحتويات
إجابة سريعة: اقتربت عملية الطلاء النحاسي لخلايا TOPCon خطوة من الإنتاج بنتيجة جديدة تبني على أعمال سابقة من جامعة جيانغنان. يستبدل الطلاء التمعدن بالفضة بالنحاس، ولم تكن العقبة يوماً في المفهوم — بل في الالتصاق وطبقة الحاجز التي تمنع انتشار النحاس إلى السيليكون. تمتد نافذة العملية في هذه الدراسة حول 750 °C إلى 800 °C لخطوة تكوين التلامس، مع استخدام ليزر 1064 nm في مرحلة النمذجة والتلدين عند 400 °C. النحاس أرخص بنحو مرتبتين من حيث الحجم من معجون الفضة الذي سيحل محله، والفضة هي أكبر تكلفة غير سيليكونية منفردة في خلية TOPCon. الأسئلة المتبقية هي توافق الخطوط والموثوقية طويلة الأمد: تلامس مطلي يجتاز الكفاءة الأولية لكنه يتدهور تحت الحرارة الرطبة ليس عملية قابلة للتصنيع.
تصنيع وحدات PV · بقلم جيري، Ooitech
مقدمة
من الدراسة السابقة إلى اختراق جديد
بالأمس ناقشنا ورقة بحثية من جامعة جيانغنان حول TOPCon طلاء النحاس: يسبب الحز بالليزر تلفًا في السيليكون، وتنخفض التبلورية بنسبة 30 نقطة مئوية، ويلزم التلدين لإصلاحها. وخلصت تلك الورقة إلى أن التلدين عند 750 درجة مئوية + تنظيف HF يمكن أن يستعيد الكفاءة من 23.41% إلى 24.85%.
لكن أي شخص على خط الإنتاج يعلم أن التلدين عند 750 درجة مئوية يحمل في طياته خطر تقرحات الهيدروجين — نافذة درجة الحرارة ضيقة للغاية. فوق 775 درجة مئوية تتقرح طبقة التخميل الخلفية، وعند 800 درجة مئوية تكون النتيجة أسوأ من عدم التلدين إطلاقًا.
هل هناك طريقة أفضل؟
ورقة بحثية ثانية نُشرت للتو في عام 2026 من جامعة جيانغنان + جيانغسو شيانغهوان + DR Laser تقدم إجابة جديدة: استخدام الحرق بالليزر (LIF) لاستبدال التلبيد التقليدي منخفض الحرارة، مع إصلاح أضرار الليزر في نفس الوقت.
النتائج: تحسين الكفاءة بنسبة +0.45% مطلقة، وزيادة جهد الدائرة المفتوحة بمقدار 0.86mV، و— تحسين كبير في توحيد مقاومة التلامس.
1. ملخص سريع: عملية طلاء النحاس لخلايا TOPCon ونقاط الألم فيها
العملية القياسية وأين تكمن المشاكل
عملية طلاء النيكل/النحاس القياسية لخلايا TOPCon:
حفر الليزر ← التلدين بدرجة حرارة عالية لإصلاح الضرر ← تنظيف HF ← طلاء النيكل ← التلبيد منخفض الحرارة ← طلاء النحاس
نقطتا ألم:
حفر الليزر يضر بالسيليكون: كما نوقش في المقال السابق، تنخفض درجة التبلور من 99.3% إلى 69.8%، مما يتطلب التلدين بدرجة حرارة عالية للإصلاح.
التلبيد التقليدي بدرجة حرارة منخفضة غير متجانس: يقوم الفرن بتسخين الخلية بأكملها، وتتبدد الحرارة بشكل أسرع عند الحواف بينما يبقى المركز أكثر سخونة، مما يسبب مقاومة تلامس عالية عند الحواف ومنخفضة في المركز — جمع التيار غير المتجانس يضر بعامل التعبئة (FF).
الاختراق الأساسي لهذه الورقة الجديدة: إدخال LIF في تدفق الطلاء يقتل عصفورين بحجر واحد — فهو يستبدل التلبيد غير المتجانس بدرجة حرارة منخفضة ويساعد في إصلاح الضرر الناتج عن الليزر.
2. ما هو LIF، وكيف يختلف عن التلبيد التقليدي؟
تسخين الفرن مقابل اللحام من نقطة إلى نقطة
التلبيد التقليدي بدرجة حرارة منخفضة: ضع الخلية بأكملها في فرن واخبزها عند 200-400 درجة مئوية. المشكلة هي التسخين غير المتساوي — تبرد الحواف بشكل أسرع، ويصبح المركز أكثر سخونة، وتختلف مقاومة التلامس بشكل كبير عبر الخلية.
LIF (الإشعال بالليزر): يقوم ليزر الأشعة تحت الحمراء بطول موجة 1064 نانومتر بمسح الجزء الأمامي من الخلية بسرعة بينما يتم تطبيق انحياز عكسي (2-18 فولت). يثير الليزر حاملات ضوئية، ويوجهها الانحياز العكسي بشكل اتجاهي، مما ينتج تسخين جول موضعي دقيق عند واجهة المعدن-السيليكون.
الفرق في جملة واحدة: التلبيد التقليدي هو "خبز الخلية بأكملها"، LIF هو "لحام من نقطة إلى نقطة". LIF يسخن فقط منطقة التلامس تحت خطوط الشبكة، تاركًا كل شيء آخر دون تأثير حراري.
3. ما مدى جودة أداء LIF على الخلايا المطلية بالنحاس؟
العثور على النقطة المثلى عند 14 فولت
تقوم الورقة أولاً بتشغيل تجربة أساسية: تطبيق LIF بجهود انحياز عكسي مختلفة على الخلايا التي أكملت بالفعل طلاء Ni/Cu.
| جهد انحياز LIF العكسي | الكفاءة | Voc | FF | Rs |
|---|---|---|---|---|
| بدون LIF (خط الأساس) | 24.29% | 696.27mV | 81.74% | 1.51mΩ |
| 8V | تحسين | — | — | — |
| 14V | 24.69% | +0.32mV | +1.22% | 1.16mΩ |
| 16–18V | ينخفض | ينخفض | ينخفض بشكل حاد | دون تغيير أساسي |
المعلمات المثلى: انحياز عكسي 14 فولت، كسب كفاءة +0.401٪ بالقيمة المطلقة، كسب عامل التعبئة 1.22٪، تقليل المقاومة التسلسلية 23٪.
لماذا يؤدي الجهد الأعلى إلى تفاقم الأمور؟
تستخدم الورقة Suns-Voc لقياس كثافات تيار التشبع المظلم J01 و J02:
J01 (تمثل إعادة التركيب في تقاطع pn): تغير طفيف مع الجهد
J02 (تمثل إعادة التركيب في واجهة المعدن-السيليكون): الأدنى عند 14 فولت، وترتفع بشكل حاد عند 16-18 فولت
الترجمة: الجهد الزائد يعني تسخين جول مفرط، وتصبح الواجهة "ملحومة حتى الموت". النافذة تقع حول 14 فولت.
4. لماذا يمكن لـ LIF إصلاح الضرر الناتج عن الليزر؟
يكشف مطيافية رامان السر
أجرت الورقة تجربة رئيسية: إزالة المعدن المطلي واستخدام مطيافية رامان لقياس التبلور للسيليكون تحت خطوط الشبكة.
| الحالة | التبلور |
|---|---|
| بدون LIF (فقط إصلاح بالتلدين بدرجة حرارة عالية) | ~95% |
| LIF 8-14 فولت | +0.76% ~ 1.84% |
| LIF 16-18 فولت | ينخفض |
بالإضافة إلى التلدين بدرجة حرارة عالية، يرفع LIF التبلور إلى مستويات أعلى.
الآلية: يولد LIF حرارة عالية موضعية لحظية (أعلى بكثير من درجات حرارة التلدين التقليدية) تسمح للسيليكون غير المتبلور بإعادة التبلور بشكل أكثر اكتمالاً، و يسخن فقط المناطق تحت خطوط الشبكة، تاركًا طبقة التخميل الخلفية دون مساس.
هذا يحل القلق المستمر من المقال السابق — نافذة درجة الحرارة للتلدين بدرجة حرارة عالية ضيقة، وفوق 775 درجة مئوية تتقرح طبقة التخميل الخلفية. LIF تسخين موضعي؛ الخلفية غير متأثرة، لذا يمكن أن تكون درجة الحرارة أعلى ويكون تأثير الإصلاح أفضل.
5. متى يجب تطبيق LIF؟ التوقيت مهم
ثلاثة مرشحين وفائز واضح
عملية الطلاء لها ثلاث خطوات: طلاء النيكل → التلدين بدرجة حرارة منخفضة → طلاء النحاس. أين يجب إدراج LIF؟
تقارن الورقة ثلاثة توقيتات:
| المجموعة | توقيت LIF | الجهد الأمثل | أفضل كفاءة | التبلور |
|---|---|---|---|---|
| A | بعد النيكل، قبل التلبيد | 8V | 24.689% | ~95.6% |
| B | بعد التلبيد، قبل النحاس | 8V | 24.663% | ~96.45% |
| C | بعد النحاس | 14V | 24.69% | الأعلى |
الخلاصة: يعمل LIF بشكل أفضل عند وضعه في النهاية تمامًا — بعد اكتمال طلاء النحاس.
لماذا؟
بعد طلاء النحاس، تنخفض مقاومة القطب بشكل كبير. عندما يطبق LIF الجهد، يكون توزيع التيار أكثر انتظامًا، ويكون التسخين بجول أكثر انتظامًا، ويتم تحسين الاتصال البيني بشكل أكثر شمولاً.
إذا تم تطبيق LIF فقط على طبقة النيكل (قبل طلاء النحاس)، تكون المقاومة عالية؛ نفس الجهد ينتج تسخينًا مفرطًا بجول، مما قد يؤدي بسهولة إلى "لحام الواجهة حتى الموت".
6. اكتشاف أكبر: يمكن لـ LIF استبدال التلبيد بدرجة حرارة منخفضة تمامًا
تخطي الفرن تمامًا
إذا كان بإمكان LIF تحسين اتصال Ni-Si، فهل يمكننا ببساطة تخطي خطوة التلبيد التقليدية بدرجة حرارة منخفضة تمامًا?
صممت الورقة تجربة (المجموعة D): طلاء النيكل → LIF (8 فولت) → طلاء النحاس مباشرة، مع تخطي خطوة التلبيد بدرجة حرارة منخفضة.
النتائج:
| المجموعة | العملية | الكفاءة | انتظام مقاومة التلامس (فرق الحافة-المركز) |
|---|---|---|---|
| O | التلبيد التقليدي، بدون LIF | خط الأساس | 3.53Ω |
| A | Ni+LIF+تلبيد+Cu | 24.689% | 2.05Ω |
| B | Ni+تلبيد+LIF+Cu | 24.663% | 1.46Ω |
| C | Ni+تلبيد+Cu+LIF | 24.69% | 1.54Ω |
| D | Ni+LIF+Cu (بدون تلبيد) | 24.74% | 0.45Ω |
انتظام مقاومة التلامس للمجموعة D يتفوق على كل مجموعة تتضمن التلبيد التقليدي.
لماذا؟
أفران التلبيد التقليدية تسخن بشكل غير متساوٍ — الحواف تبدد الحرارة بسرعة، المركز أكثر سخونة — مما يسبب مقاومة تلامس أعلى عند الحواف وأقل في المركز. LIF هو مسح نقطي؛ كل نقطة تتلقى نفس الطاقة تمامًا، موحد بطبيعته.
تحسين جهد LIF بشكل أكبر إلى 6 فولت، المجموعة D تحقق كفاءة تصل إلى 24.74%، مع وصول Voc إلى 696.72mV — +0.45% زيادة مطلقة في الكفاءة و +0.86mV أعلى في Voc مقارنة بالخط الأساسي للتلبيد التقليدي بدون LIF.
7. الآثار المترتبة على خط الإنتاج: هل تم تخفيض عتبة الإنتاج الضخم لطلاء النحاس؟
ثلاثة تقدمات ملموسة
تقدم هذه الورقة عدة تقدمات ملموسة:
1. يمكن إصلاح ضرر Voc، والإصلاح أفضل. التلدين عند 750 درجة مئوية من المقال السابق كان له نافذة حرارة ضيقة وخطر تقشر في الجانب الخلفي. LIF يسخن محليًا، ويبقى الجانب الخلفي آمنًا، والإصلاح أكثر فعالية.
2. يتم توفير خطوة عملية واحدة، ولكن يجب موازنة الاستثمار في المعدات. التدفق التقليدي: طلاء النيكل ← تلبيد منخفض الحرارة ← طلاء النحاس. نهج LIF: طلاء النيكل ← LIF ← طلاء النحاس. يوفر فرن التلبيد ووقت العملية، لكن معدات LIF نفسها أغلى، والتكامل مع خط الطلاء أكثر تعقيدًا. العائد الفعلي على الاستثمار يعتمد على عروض أسعار المعدات.
3. توحيد مقاومة التلامس هو المكافأة الخفية. التلبيد التقليدي يُظهر فجوة في مقاومة التلامس من الحافة إلى المركز تبلغ 3.53Ω؛ نهج LIF يقللها إلى 0.45Ω. توحيد أفضل يعني جمع تيار أكثر انتظامًا، وFF أعلى، ومخاطر أقل للنقاط الساخنة على مستوى الوحدة.
لكن عقبات الإنتاج الضخم لا تزال قائمة:
استثمار معدات LIF: بينما يستبدل فرن التلبيد، تضيف ليزر + مصدر طاقة + نظام تحكم. تسعير مورد المعدات يحدد الجدوى الاقتصادية.
تعقيد تكامل الخط: يجب أن يتصل LIF بسلاسة مع خط الطلاء، ومطابقة وقت الدورة (تستخدم الورقة سرعة مسح 20 م/ث) تحتاج إلى تحقق.
اتساق على مستوى جيجاواط: الورقة على مستوى المختبر/النموذج الأولي؛ استقرار الإنتاجية في الإنتاج الضخم واسع النطاق لا يزال بحاجة إلى بيانات داعمة.
8. مقارنة مع Aiko ABC
مساران، قصتان
| البند | Aiko ABC | TOPCon + طلاء النحاس LIF |
|---|---|---|
| بنية الخلية | اتصال خلفي كامل | الأمام + الخلف |
| مطلوب حز ليزري | لا | نعم |
| مشكلة تلف الليزر | لا شيء | نعم، لكن LIF يمكنها إصلاح التلف وتحسين التلامس في نفس الوقت |
| عملية المعدنة | طلاء Cu/Ni/Sn | طلاء Ni/Cu + LIF |
| حالة الإنتاج الضخم | في الإنتاج الضخم بالفعل | مخبري / تجريبي |
تصميم BC من Aiko يتجنب بشكل طبيعي مشكلة الحز الليزري. لا يمكن لـ TOPCon تجنبها، لكن LIF تقدم حلاً مدمجًا "ملء الحفرة + تحسين" — ليس فقط إصلاح التلف، بل أيضًا توفير خطوة عملية وتحسين التجانس.
9. الملخص
أين نقف الآن
هذه الورقة الجديدة من جامعة جيانغنان تثبت شيئًا واحدًا: تلف الليزر في طلاء النحاس لـ TOPCon لا يمكن إصلاحه فحسب، بل إن LIF تصلحه بشكل أفضل من التلدين التقليدي — وعلى طول الطريق تحل أيضًا مشكلة التجانس في التلبيد بدرجة حرارة منخفضة.
كسب كفاءة +0.45% مطلق، كسب جهد الدائرة المفتوحة 0.86mV، وتحسين كبير في تجانس مقاومة التلامس — هذه الأرقام الثلاثة تستحق تقييمًا جادًا على أي خط إنتاج.
لا يزال عتبة الإنتاج الضخم قائمة، لكن خارطة الطريق التقنية أصبحت أكثر وضوحًا.
موضوع النقاش: هل استبدال LIF للتلبيد بدرجة حرارة منخفضة هو "الدفعة الأخيرة" للإنتاج الضخم لطلاء النحاس في TOPCon، أم مجرد "تزيين على الكعكة من جانب المختبر"؟
معلومات مرجعية:
العنوان: دمج الحث بالليزر مع طلاء Ni/Cu لمعدنة خلايا TOPCon الشمسية
المؤلفون: Jingyun Zhang, Xi Xi, Jianbo Shao وآخرون (جامعة جيانغنان + Jiangsu Xianghuan Technology + DR Laser)
المجلة: Solar Energy Materials and Solar Cells
السنة: 2026
DOI: 10.1016/j.solmat.2026.114198
رؤية Ooitech
تعتقد Ooitech: تحول LIF إصلاح تلف الليزر وتجانس التلبيد إلى خطوة واحدة، مما يجعل طلاء النحاس في TOPCon مسارًا أكثر جدوى بشكل ملحوظ للإنتاج الضخم الخالي من الفضة.
قراءة إضافية وبيانات خلفية
مواد مرجعية عامة حول هذا الموضوع، منشورة من قبل المنظمات التي تحافظ على خارطة الطريق التقنية وبيانات السوق في الصناعة:
