Comment une seule étape laser a forcé toute la pâte d'argent de la face avant à changer de sang

Introduction

Avant 2024, la pâte d'argent avant TOPCon était presque entièrement dopée à l'aluminium. L'aluminium aidait à brûler à travers les couches diélectriques, aidait à réduire la résistance de contact, et tout le monde l'utilisait sans problème. Puis LECO est apparu et tout le tableau a basculé. La pâte d'argent sans aluminium a pris la tête presque du jour au lendemain, et la pâte dopée à l'aluminium est passée à un rôle de soutien. Après cela, tout le monde s'est concentré sur la direction sans aluminium, en travaillant sur les formulations de pâte, la conception moléculaire et la synergie des procédés.

Alors pourquoi un procédé laser peut-il bouleverser si fortement la formulation de la pâte d'argent ? Sur la ligne, beaucoup de gens savent que cela s'est produit, mais pas pourquoi. Comprendre cela, c'est en fait comprendre le frittage avant TOPCon.

La métallisation avant TOPCon passe de « le matériau domine le contact » à « le matériau, le laser, l'émetteur et les doigts partagent le travail ».

Commencer par la structure avant

Prenons une structure TOPCon typique. La face avant est généralement un empilement de films diélectriques multicouches, par exemple SiOx, SiNx, AlOx. Certains procédés intègrent également des couches fonctionnelles comme SiOxNy, et l'empilement exact diffère selon le fabricant. En dessous de tout cela se trouve l'émetteur diffusé au bore, avec une profondeur de jonction typique de seulement 0,8 à 1 micron.

Le frittage de verre dans la pâte d'argent doit « manger » à travers ces films diélectriques une couche à la fois pendant les quelques secondes de frittage, afin de pouvoir s'enraciner sur la surface de l'émetteur. Plusieurs films, plusieurs portes. Chaque couche a une composition, une épaisseur et une densité différentes. Pour le frittage de verre, ce sont plusieurs plats différents, et chacun nécessite sa propre chaleur. C'est la raison structurelle pour laquelle la fenêtre de frittage avant TOPCon est naturellement étroite : vous ne frittez pas un film, vous en frittez plusieurs.

Ère dopée à l'aluminium : l'aluminium est une épée à double tranchant

Comment la pâte d'argent se connecte-t-elle réellement au silicium ? En gros, comme ceci. La fritte de verre fond et grave les couches diélectriques une par une. Au-delà de 650°C, l'argent commence à se dissoudre dans le verre fondu. En 2016, le NREL et le SLAC l'ont filmé en direct avec des rayons X in situ : à 700°C, en seulement 10 secondes, 70 % de l'argent s'est dissous dans la phase vitreuse. Les ions d'argent dissous suivent le verre vers la surface de l'émetteur, réagissent avec le silicium dans une réaction d'oxydoréduction, et précipitent à nouveau sous forme d'argent métallique, formant des rangées de « pointes d'argent ». Au refroidissement, des cristallites d'argent de quelques nanomètres précipitent à l'intérieur du verre, formant des canaux conducteurs qui transportent le courant vers l'extérieur.

En termes simples : le frittage avant consiste à laisser l'argent se promener à travers le verre et prendre racine à l'intérieur de l'émetteur.

Dans ce processus, le rôle de l'aluminium est bien réel. Il aide à brûler les couches diélectriques et réduit la résistance de contact. Mais l'aluminium pose aussi des mines. La profondeur de jonction de l'émetteur au bore n'est que de 0,8 à 1 micron. Les pointes d'argent doivent aller assez profond pour former un contact à faible résistance, mais ne doivent pas percer la jonction p-n. L'aluminium modifie la réaction de la phase vitreuse, la gravure de l'interface et le comportement de précipitation du métal. Dans certains systèmes de procédé, une implication trop importante de l'aluminium peut augmenter le risque de sur-cuisson du contact et d'endommagement de l'émetteur. Et la dette de l'aluminium ne se limite pas à ce seul compte de passivation. Lors du frittage à haute température, les doigts métalliques s'affaissent et s'étalent. Après la cuisson, les doigts deviennent plus larges et plus courts, la zone d'ombrage augmente et la perte optique augmente avec. À l'ère du dopage à l'aluminium, ce sont deux mauvais bilans : l'interface est blessée par l'aluminium, et les doigts sont brûlés par le feu.

En une ligne : l'ère du dopage à l'aluminium a échangé la force brute de l'aluminium contre le contact, et a payé la facture avec la passivation et l'optique.

Quand LECO est arrivé, le ciel a changé

LECO (Laser Enhanced Contact Optimizing) a été proposé pour la première fois en 2016 par Cell Engineering. Il est entré en production de masse TOPCon en 2023-2024, et c'est maintenant une configuration standard de l'industrie. Sa signification n'est pas « une étape laser de plus ». Sa signification est qu'il redistribue le mécanisme de formation du contact avant. Pour la première fois, l'initiative de la formation du contact est en partie retirée des mains de la pâte et donnée au laser, qui effectue un traitement local précis à l'interface de contact pour « activer » le contact. Le travail que l'aluminium faisait, le laser peut le faire aussi, et il le fait plus précisément, sans nuire à la passivation.

Retirez l'aluminium, et le plus grand risque côté face avant, la perforation de l'aluminium détruisant la passivation de l'émetteur au bore, disparaît à la source. C'est ce que l'industrie appelle le « grand saut » : passer directement de la pâte d'argent dopée à l'aluminium à la pâte d'argent sans aluminium, avec presque aucun état de transition entre les deux.

Voici le point que les gens lisent le plus souvent de travers : la pâte d'argent sans aluminium ne consiste pas simplement à « supprimer l'aluminium ». Supprimez l'aluminium, et le travail de brûlage à travers les couches diélectriques repose entièrement sur la fritte de verre, tandis que la formation du contact repose sur le LECO. La formule du verre, la morphologie de la poudre d'argent et la fenêtre de température de frittage de la pâte sans aluminium doivent toutes être redessinées. Retirer l'aluminium divise un ancien problème en deux nouveaux problèmes, puis les résout un par un.

Après le sans aluminium, le combat porte sur la « compétence interne »

La pâte d'argent sans aluminium n'est pas la ligne d'arrivée, c'est la ligne de départ. Au cours des deux dernières années, tout le monde a affiné dans la direction sans aluminium, en travaillant sur la « compétence interne » de la pâte elle-même. En août dernier, l'équipe de Ye Jichun de l'Institut des matériaux de Ningbo, avec JA Solar et Zhejiang Guangda Electronics, a publié un travail de métallisation avant à 26,31 % dans Matter. C'est la dernière vitrine de cette vague de compétence interne.

Cellules solaires TOPCon à 26,31 % de rendement grâce à une métallisation synergique avec réduction de l'ombrage optique et des pertes de résistance de contact, https://doi.org/10.1016/j.matt.2026.102965

En le décomposant, cela a fait deux choses que personne à l'ère de l'aluminium n'oserait même imaginer.

Premièrement, cela a rendu la pâte d'argent « conforme ». En partant du mécanisme de claquage réversible et de reconstruction du réseau thixotrope polymère dans la pâte, ils ont redessiné la configuration moléculaire du réseau polymère et le réseau de liaisons hydrogène intermoléculaires, afin que la pâte « se tienne » après impression. Le rapport d'aspect des doigts imprimés a atteint 55 %, donc les doigts sont hauts et étroits. Ne sous-estimez pas ce chiffre. Ce que le frittage à haute température redoute le plus, c'est l'affaissement et l'étalement des doigts. Un rapport d'aspect de 55 % signifie que l'ombrage diminue fortement, et une grande partie de la perte optique est économisée. C'est la « force intelligente » au niveau de la pâte, pas la force brute de l'aluminium, mais la conception rhéologique.

Deuxièmement, cela a rendu le contact « localisé par points ». Leur procédé LECO personnalisé applique une polarisation inverse à la cellule tandis qu'un laser monofréquence scanne en continu les doigts avant. L'injection de porteurs déclenche une chaleur Joule locale, formant un contact d'alliage Pb-Ag/Si hémisphérique à l'épaulement de la pyramide. Notez trois mots-clés : faible pénétration, faible résistance, sites discrets. La réaction de contact métal-semiconducteur est confinée à de minuscules points, au lieu que toute la surface soit « brûlée » comme dans le frittage traditionnel. Les dommages au réseau induits par l'aluminium ont disparu, et la perte de recombinaison induite par le métal diminue considérablement.

Le résultat de l'Institut de Ningbo : 26,31 % d'efficacité certifiée par un tiers, densité de courant de court-circuit de 41,98 mA/cm², établissant un record certifié pour le Jsc des cellules TOPCon de grande surface. Ce gain de Jsc ne provient essentiellement pas d'un frittage plus intense qui « brûle » le contact, mais de « l'économie » de pertes aux deux extrémités à la fois, l'ombrage des doigts et la recombinaison d'interface.

La face avant n'est pas le seul champ de bataille de la pâte

Reprenons ce Nature Energy 26,66 % de rendement. Beaucoup de gens ne regardent que la double couche de poly-Si sur son dos, mais sa face avant est également sous le bistouri, et la logique est la même que pour le travail Matter .

Sur la face avant, la résistance de feuille de l'émetteur au bore est augmentée de la valeur habituelle de 215 Ω/sq à 430 Ω/sq. Une résistance de feuille plus élevée signifie une meilleure passivation (durée de vie des porteurs minoritaires passant de 0,70 ms à 1,12 ms, densité de courant de saturation sombre passant de 9 à 5 fA/cm²), mais le contact devient plus difficile à réaliser. La solution avance sur deux jambes. Les doigts sont rétrécis de 20 μm à 10 μm, et le pas resserré de 1120 μm à 825 μm, utilisant des doigts plus denses et plus fins pour compenser la perte de transport latéral due à la haute résistance de feuille, et réduisant au passage l'utilisation d'argent par unité de surface d'environ un tiers. L'autre jambe s'appuie sur le processus d'activation du contact pour le soutenir, résolvant le problème de contact à haute résistance de feuille à l'étape de métallisation.

Ce qui est plus intéressant, c'est de mettre les deux travaux côte à côte. Même équipe. Nature Energy « bloque l'argent » à l'arrière, Matter « retire l'aluminium » à l'avant. Un devant, un derrière, tous deux sont des « soustractions dans la métallisation ». Le manuel de l'ère de l'aluminium, « échanger la force brute contre le contact, payer avec passivation », est systématiquement mis au rebut, remplacé par : pâte intelligente, laser à point localisé, doigts fins, passivation épaisse.

Le prochain combat : utiliser encore moins d'argent

Sans aluminium a résolu le problème des « dommages de passivation », mais la prochaine étape pour réduire les coûts et augmenter l'efficacité est « réduire la teneur en argent. »

Si la pâte d'argent sans aluminium résout « comment établir le contact sans nuire à la passivation », alors le cuivre plaqué argent, la pâte à faible teneur en argent, et même la métallisation en cuivre pur résolvent le problème suivant : comment utiliser moins d'argent.

DK Electronic a développé une solution de métallisation à base de cuivre à faible teneur en argent, et a travaillé avec des clients leaders pour être le premier à atteindre la production de masse sur les cellules TOPCon. JinkoSolar s'attaque à la pâte de cuivre pur et à la pâte de nickel, ainsi qu'à d'autres pâtes conductrices à métal de base. La solution de métallisation ACM de LONGi est déjà sur le marché.

En 2026, passer sans argent est passé d'une « direction de recherche » à une « course à l'industrialisation ».

La pâte d'argent sans aluminium a résolu « comment ne pas nuire à la passivation », la pâte à haute teneur en cuivre / cuivre pur doit résoudre « comment utiliser moins d'argent ». Le prochain combat a déjà commencé.

Trois lignes à ramener à la ligne de production

Premièrement, sans aluminium ne consiste pas à économiser des efforts, mais à changer la donne. De « l'aluminium perce pour vous » à « synergie entre formule et laser ». Comprenez cela, et vous saurez pourquoi la fenêtre de processus est encore aussi étroite, car maintenant la percée et le contact sont deux mécanismes indépendants qui nécessitent une coordination plus étroite.

Deuxièmement, avant de régler la fenêtre de frittage avant, déterminez d'abord combien de films se trouvent devant vous et ce que chacun est. Les temps de « traversée » des différentes piles s'additionnent. Ne regardez pas seulement le pic de la courbe du four, surveillez la bande de température et le temps de réaction adaptés à chaque film.

Troisièmement, les trois registres de l'efficacité avant sont désormais comptés séparément. Les doigts gèrent l'ombrage (le rapport d'aspect est essentiel), la pâte plus LECO gèrent le contact, la résistance de couche plus les films de passivation gèrent la recombinaison. Quel que soit le registre qui n'est pas équilibré, c'est là que l'efficacité reste bloquée. À l'avenir, un quatrième élément sera ajouté à ce registre : la teneur en argent.

Point de vue d'Ooitech

Ce qui nous frappe en observant cette évolution, c'est que le jeu côté face avant ne repose plus sur un seul matériau héros qui porte tout le contact. LECO, des doigts plus fins, une résistivité de couche plus élevée et une passivation plus épaisse se partagent désormais la tâche, et cela change la façon dont une ligne de modules doit réfléchir aux entrées de cellules en amont et au câblage en aval. De notre côté, en construisant des lignes de production de modules clés en main, le rapport d'aspect et la largeur des doigts, comme les chiffres de 10 μm et 55 % ici, touchent directement la configuration du tabber-stringer et de l'interconnexion, donc les tendances de métallisation des cellules ne concernent pas uniquement les fabricants de cellules. Curieux d'entendre les ingénieurs de ligne sur ce qui casse en premier lorsqu'on pousse ces fenêtres. Si vous voulez plus de contenu pratique sur les usines solaires, notre chaîne YouTube www.youtube.com/ooitech vaut le détour.