طلاء النحاس TOPCon يخطو خطوة أخرى إلى الأمام: LIF يحل محل التلبيد، الكفاءة +0.45% abs., إصلاح تلف Voc
مقدمة
من الدراسة السابقة إلى اختراق جديد
ناقشنا أمس ورقة من جامعة جيانغنان حول طلاء النحاس لـ TOPCon: حفر الليزر يضر بالسيليكون، تنخفض البلورية بنسبة 30 نقطة مئوية، ويلزم التلدين لإصلاحه. خلصت تلك الورقة إلى أن التلدين عند 750°C + تنظيف HF يمكن أن يعيد الكفاءة من 23.41% إلى 24.85%.
لكن أي شخص على خط الإنتاج يعلم أن التلدين عند 750°C يحمل في طياته خطر ظهور فقاعات ناتجة عن الهيدروجين — نافذة درجة الحرارة ضيقة للغاية. فوق 775°C تظهر فقاعات في طبقة التخميل الخلفية، وعند 800°C تكون النتيجة أسوأ من عدم التلدين على الإطلاق.
هل هناك طريقة أفضل؟
ورقة ثانية نُشرت للتو في 2026 من جامعة جيانغنان + جيانغسو شيانغهوان + DR Laser تقدم إجابة جديدة: استخدام الحرق بالليزر (LIF) لاستبدال التلبيد التقليدي منخفض الحرارة، مع إصلاح الضرر الناتج عن الليزر في نفس الوقت.
النتائج: تحسين الكفاءة بنسبة +0.45% مطلقة، كسب Voc بمقدار 0.86mV، و — تحسن كبير في توحيد مقاومة التلامس.
1. ملخص سريع: تدفق طلاء النحاس لـ TOPCon ونقاط الألم فيه
العملية القياسية وأين تكمن المشكلة
التدفق القياسي لـ TOPCon Ni/Cu بالطلاء:
حفر الليزر → التلدين بدرجة حرارة عالية لإصلاح الضرر → تنظيف HF → طلاء النيكل → التلبيد بدرجة حرارة منخفضة → طلاء النحاس
نقطتا ألم:
حفر الليزر يتلف السيليكون: كما نوقش في المقال السابق، تنخفض البلورية من 99.3% إلى 69.8%، مما يتطلب تلدينًا بدرجة حرارة عالية للإصلاح.
التلبيد التقليدي بدرجة حرارة منخفضة غير متجانس: يقوم الفرن بتسخين الخلية بأكملها، وتتبدد الحرارة عند الحواف بشكل أسرع بينما يبقى المركز أكثر سخونة، مما يتسبب في ارتفاع مقاومة التلامس عند الحواف وانخفاضها في المركز — جمع التيار غير المتجانس يضر بعامل الملء (FF).
الاختراق الأساسي لهذه الورقة الجديدة: إدخال LIF في تدفق الطلاء يقتل عصفورين بحجر واحد — فهو يحل محل التلبيد غير المتجانس بدرجة حرارة منخفضة ويساعد في إصلاح ضرر الليزر.
2. ما هو LIF، وكيف يختلف عن التلبيد التقليدي؟
تسخين الفرن مقابل اللحام نقطة بنقطة
التلبيد التقليدي بدرجة حرارة منخفضة: وضع الخلية بأكملها في فرن وخبزها 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 سريع للجزء الأمامي من الخلية بينما يتم تطبيق انحياز عكسي (2–18 فولت). يثير الليزر حاملات الشحنة المولدة ضوئيًا، ويوجهها الانحياز العكسي باتجاهي، مما ينتج تسخينًا موضعيًا دقيقًا لجول عند واجهة المعدن-سيليكون.
الفرق في جملة واحدة: التلبيد التقليدي هو "خبز الخلية بأكملها"، LIF هو "لحام نقطة بنقطة". LIF يسخن فقط منطقة التلامس تحت خطوط الشبكة، تاركًا كل شيء آخر دون تأثير حراري.
3. ما مدى فعالية LIF على الخلايا المطلية بالنحاس؟
إيجاد النقطة المثلى عند 14 فولت
تجري الورقة أولاً تجربة أساسية: تطبيق LIF بجهود انحياز عكسي مختلفة على الخلايا التي أكملت بالفعل طلاء Ni/Cu.
| جهد عكسي لـ LIF | الكفاءة | Voc | FF | Rs |
|---|---|---|---|---|
| بدون LIF (خط الأساس) | 24.29% | 696.27mV | 81.74% | 1.51mΩ |
| 8V | تحسن | — | — | — |
| 14V | 24.69% | +0.32mV | +1.22% | 1.16mΩ |
| 16–18V | ينخفض | ينخفض | ينخفض بشكل حاد | دون تغيير تقريبًا |
المعلمات المثلى: انحياز عكسي 14V، كسب كفاءة +0.401% مطلق، كسب عامل التعبئة 1.22%، تقليل Rs بنسبة 23%.
لماذا يؤدي الجهد العالي 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-سيليكون): أدنى مستوى عند 14V، ترتفع بشكل كبير عند 16–18V
الترجمة: الجهد الزائد يعني تسخين جول مفرط، وتصبح الواجهة "ملحومة حتى الموت". النافذة تقع عند حوالي 14V.
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 البلورية للسيليكون تحت خطوط الشبكة.
| الحالة | البلورية |
|---|---|
| بدون LIF (فقط إصلاح التلدين بدرجة حرارة عالية) | ~95% |
| LIF 8–14V | +0.76% ~ 1.84% |
| LIF 16–18V | تنخفض |
فوق التلدين بدرجة حرارة عالية، يدفع LIF البلورية إلى مستويات أعلى.
الآلية: يولد LIF درجة حرارة عالية لحظية موضعية (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 العالي الحرارة ضيقة، وفوق 775 درجة مئوية تتقرح طبقة التخميل الخلفية. LIF هو تسخين موضعي؛ الجزء الخلفي غير متأثر، لذا يمكن أن ترتفع درجة الحرارة ويكون تأثير الإصلاح أفضل.
5. متى يجب تطبيق LIF؟ التوقيت مهم
ثلاثة مرشحين وفائز واضح
عملية الطلاء تتكون من 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 | البلورية |
|---|---|---|---|---|
| A | بعد النيكل، قبل التلدين | 8V | 24.689% | ~95.6% |
| B | بعد التلدين، قبل النحاس | 8V | 24.663% | ~96.45% |
| C | بعد النحاس | 14V | 24.69% | الأعلى |
الاستنتاج: يعمل LIF بشكل أفضل عندما يوضع في النهاية — بعد اكتمال طلاء النحاس.
لماذا؟
بعد طلاء النحاس، تنخفض مقاومة القطب بشكل كبير. عندما يطبق LIF الجهد، يكون توزيع التيار أكثر انتظامًا، والتسخين بجول أكثر انتظامًا، ويتم تحسين التلامس البيني بشكل أكثر شمولاً.
إذا تم تطبيق LIF فقط على طبقة النيكل (قبل طلاء النحاس)، تكون المقاومة عالية؛ نفس الجهد ينتج تسخينًا بجول مفرطًا، مما يمكن أن "يلحم الواجهة حتى الموت" بسهولة.
6. اكتشاف أكبر: يمكن لـ LIF أن يحل محل التلدين بدرجة حرارة منخفضة بالكامل
تخطي الفرن تمامًا
إذا كان بإمكان LIF تحسين تلامس Ni-Si، فـ هل يمكننا ببساطة تخطي خطوة التلدين التقليدية بدرجة حرارة منخفضة بالكامل?
صممت الورقة تجربة (المجموعة D): طلاء النيكل → LIF (8V) → طلاء النحاس مباشرة، متخطية خطوة التلدين بدرجة حرارة منخفضة.
النتائج:
| المجموعة | العملية | الكفاءة | انتظام مقاومة التلامس (الفرق بين الحافة والمركز) |
|---|---|---|---|
| O | التلدين 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 |
توحيد مقاومة التلامس للمجموعة D يسحق كل مجموعة تتضمن التلبيد التقليدي.
لماذا؟
أفران التلبيد التقليدية تسخن بشكل غير متساوٍ — الحواف تبدد الحرارة بسرعة، المركز أكثر سخونة — مما يتسبب في أن تكون مقاومة التلامس أعلى عند الحواف وأقل في المركز. LIF هو مسح نقطي؛ كل نقطة تتلقى نفس الطاقة بالضبط، موحد بطبيعته.
بتحسين جهد LIF إلى 6V، تصل المجموعة D إلى كفاءة 24.74%، مع وصول Voc إلى 696.72mV — +0.45% مطلق أعلى في الكفاءة و +0.86mV أعلى في Voc من خط الأساس للتلبيد التقليدي بدون LIF.
7. الآثار المترتبة على خط الإنتاج: هل تم تخفيض عتبة الإنتاج الضخم لطلاء النحاس؟
ثلاثة تقدمات ملموسة
يقدم هذا البحث عدة تقدمات ملموسة:
1. يمكن إصلاح ضرر Voc، وإصلاحه بشكل أفضل. التلدين عند 750 درجة مئوية من المقال السابق كان له نافذة درجة حرارة ضيقة وخطر ظهور فقاعات في الجانب الخلفي. LIF يسخن محليًا، ويبقى الجانب الخلفي آمنًا، ويكون الإصلاح أكثر فعالية.
2. يتم توفير خطوة عملية واحدة، ولكن يجب موازنة الاستثمار في المعدات. التدفق التقليدي: طلاء Ni → تلبيد منخفض الحرارة → طلاء Cu. نهج LIF: طلاء Ni → LIF → طلاء Cu. يوفر فرن التلبيد ووقت العملية، لكن معدات LIF نفسها أغلى ثمناً، والتكامل مع خط الطلاء أكثر تعقيدًا. يعتمد العائد الفعلي على الاستثمار على عروض أسعار المعدات.
3. توحيد مقاومة التلامس هو المكافأة الخفية. يُظهر التلبيد التقليدي فجوة في مقاومة التلامس من الحافة إلى المركز تبلغ 3.53Ω؛ نهج LIF يقللها إلى 0.45Ω. توحيد أفضل يعني جمع تيار أكثر اتساقًا، وFF أعلى، وخطر أقل للنقاط الساخنة على مستوى الوحدة.
لكن عقبات الإنتاج الضخم لا تزال قائمة:
الاستثمار في معدات LIF: أثناء استبدال فرن التلبيد، تقوم بإضافة ليزر + مصدر طاقة + نظام تحكم. تحدد أسعار موردي المعدات الجدوى الاقتصادية.
تعقيد تكامل الخط: يجب أن يتصل LIF بسلاسة مع خط الطلاء، ويحتاج مطابقة وقت الدورة (تستخدم الورقة سرعة مسح 20 م/ث) إلى التحقق.
الاتساق على نطاق GW: الورقة على مستوى المختبر/النموذج الأولي؛ لا يزال استقرار الإنتاجية في الإنتاج الضخم واسع النطاق بحاجة إلى بيانات داعمة.
8. مقارنة مع Aiko ABC
مساران، قصتان
| البند | Aiko ABC | TOPCon + طلاء النحاس LIF |
|---|---|---|
| هيكل الخلية | اتصال خلفي كامل | أمامي + خلفي |
| مطلوب حفر ليزر | لا | نعم |
| مشكلة تلف الليزر | لا يوجد | نعم، لكن LIF يمكنه إصلاح التلف وتحسين التلامس في وقت واحد |
| عملية التعدين | طلاء Cu/Ni/Sn | طلاء Ni/Cu + LIF |
| حالة الإنتاج الضخم | قيد الإنتاج الضخم بالفعل | مختبر / نموذج أولي |
تتجنب بنية BC من Aiko بطبيعة الحال مشكلة حفر الليزر. لا يمكن لـ TOPCon تجنبها، لكن LIF يقدم حلاً مركبًا "املأ الحفرة + حسّن" - ليس فقط إصلاح التلف، بل أيضًا توفير خطوة عملية وتحسين التجانس.
9. ملخص
أين نقف
تثبت هذه الورقة الجديدة من جامعة جيانغنان شيئًا واحدًا: يمكن إصلاح تلف الليزر في طلاء النحاس لـ TOPCon، بل إن LIF يصلحه بشكل أفضل من التلدين التقليدي - وعلى طول الطريق يحل أيضًا مشكلة التجانس في التلبيد بدرجة حرارة منخفضة.
زيادة الكفاءة بنسبة +0.45% مطلقة، وزيادة Voc بمقدار 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 الخريطة التقنية أصبحت أكثر وضوحًا.
موضوع النقاش: هل استبدال LIF للتلبيد بدرجة حرارة منخفضة هو "الركلة الأخيرة" للإنتاج الضخم لطلاء النحاس لـ TOPCon، أم مجرد "زينة على الكعكة" على جانب المختبر؟
معلومات مرجعية:
العنوان: دمج الحث بالليزر مع طلاء النيكل/النحاس لتعدين خلايا TOPCon الشمسية
المؤلفون: Jingyun Zhang, Xi Xi, Jianbo Shao وآخرون (جامعة جيانغنان + شركة جيانغسو شيانغهوان للتكنولوجيا + DR Laser)
المجلة: Solar Energy Materials and Solar Cells
السنة: 2026
DOI: 10.1016/j.solmat.2026.114198
