激光輔助燒結(jié)（LAF）技術(shù)（如激光增強接觸優(yōu)化LECO）已廣泛應(yīng)用于隧穿氧化層鈍化接觸（TOPCon）太陽能電池的大規(guī)模生產(chǎn)。雖然LAF可優(yōu)化金屬-半導(dǎo)體接觸、提升鈍化效果，但業(yè)界對其在熱過程（特別是組件制造與潛在高溫暴露）中的可靠性存疑。本研究旨在建立LAF TOPCon電池的熱穩(wěn)定性邊界，并解析其背后的物理機制。美能PL/EL一體機測試儀的EL電致發(fā)光成像通過探針上電，可以分析電池的缺陷，尤其是電極和接觸異常，屬于接觸式測試，適合測試成品電池片。

激光輔助燒結(jié)（LAF）技術(shù)可顯著提升TOPCon電池效率，但其熱穩(wěn)定性是產(chǎn)業(yè)化關(guān)注的核心問題。本研究系統(tǒng)性評估了LACon電池在組件制造過程（焊接、層壓）中的溫度耐受性，以及在450℃極限高溫下的性能演變規(guī)律。

實驗方法

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（a） LAF TOPCon太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖，以及穩(wěn)定性測試的實驗流程圖：（b）在焊接和層壓過程中的熱條件下（c）在高溫RTA和LAF循環(huán)下

研究采用G10尺寸n型硅襯底制備TOPCon電池，前表面為硼擴(kuò)散發(fā)射極，背面為SiOx隧穿層與磷摻雜多晶硅。前后表面分別采用ALD、AlOx/PECVD、SiNx與PECVD SiNx鈍化。電池金屬化采用商用銀漿與LAF工藝。

熱穩(wěn)定性測試分為兩部分：

中等溫度測試：模擬組件制造中的焊接（350°C、10秒光浸泡）與層壓（150°C、15分鐘暗退火）過程，測量電池性能變化。

高溫測試：進(jìn)行450°C RTA（峰值430°C、3秒）與LAF循環(huán)，評估接觸穩(wěn)定性。

測試設(shè)備包括Sinton I-V測試儀、電致發(fā)光（EL）與光致發(fā)光（PL）成像系統(tǒng)，用于分析效率參數(shù)、復(fù)合特性及載流子壽命分布。

結(jié)果與討論

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組件制造過程中的熱損失

TOPCon太陽能電池在焊接和層壓過程后，單太陽光下（a）PCE、（b）Jsc、（c）Voc和（d）FF值的絕對變化

層壓過程導(dǎo)致PCE下降約0.29%，主要源于FF降低（約0.66%）與Voc輕微下降（約1.5 mV）。焊接過程未引起退化，甚至因氫鈍化作用使Voc略有上升。這表明層壓相關(guān)的熱應(yīng)力是引起電池-組件（CTM）損失的主要原因。

中等溫度熱穩(wěn)定性分析

TOPCon太陽能電池分別在150°C、180°C和250°C暗退火過程中，單太陽I-V參數(shù)的絕對變化

TOPCon太陽能電池在150°C暗退火、光浸泡和暗存儲循環(huán)下，（a）Voc和（b）pFF值的相對變化

（a）TOPCon太陽能電池在150°C暗退火15分鐘前后的開路基態(tài)PL圖像（b）短路基態(tài)PL圖像

150°C暗退火導(dǎo)致FF與Voc先下降后逐漸恢復(fù)，Jsc保持穩(wěn)定。FF損失主要源于偽填充因子（pFF）下降，后者與類J02復(fù)合增加密切相關(guān)。更高溫度（180°C、250°C）退火加速退化與恢復(fù)過程，表明退化與恢復(fù)為競爭機制。

PL成像顯示，退化在低注入水平下更為顯著，且全區(qū)域壽命下降，排除邊緣復(fù)合為主要原因。短路PL圖像表明退化發(fā)生在前表面區(qū)域，結(jié)合J02上升，推斷空間電荷區(qū)（SCR）復(fù)合是主導(dǎo)機制。

暗退火與光浸泡的交互作用

TOPCon太陽能電池在250°C暗退火和/或350°C光浸泡過程后，再經(jīng)過15分鐘150°C暗退火，其單太陽下（a）Voc和（b）pFF值的絕對變化

TOPCon太陽能電池經(jīng)受150°C/250°C暗退火和350°C光浸泡循環(huán)時（a）Voc和（b）pFF值的相對變化

250°C預(yù)退火可穩(wěn)定電池性能，但后續(xù)焊接（模擬為350°C光浸泡）會重新激活缺陷，導(dǎo)致層壓時再次退化。循環(huán)測試表明，光浸泡主要使已鈍化的缺陷重新激活，而非產(chǎn)生新缺陷。

值得關(guān)注的是，層壓后僅需1分鐘室溫光浸泡即可完全恢復(fù)性能，說明野外運行中此類CTM損失可自修復(fù)。但在暗存儲中仍會出現(xiàn)部分性能衰減，這與紫外誘導(dǎo)退化（UVID）行為相似。

高溫RTA引起的接觸退化

TOPCon太陽能電池在450°C RTA和LAF循環(huán)過程中，單太陽下（a）PCE、（b）Jsc、（c）Voc、（d）FF、（e）Rs和（f）pFF值的絕對變化

樣品在初始狀態(tài)以及經(jīng)過3步RTA過程后的EL圖像

450°C RTA導(dǎo)致FF大幅下降（約21.6%），主要源于串聯(lián)電阻（Rs）急劇上升。后續(xù)LAF處理可恢復(fù)接觸性能，使FF與PCE回歸初始水平。重復(fù)RTA循環(huán)中，退化程度逐漸減弱，表明接觸劣化具有飽和趨勢。

EL圖像顯示RTA后出現(xiàn)暗區(qū)，對應(yīng)接觸不良，與I-V結(jié)果一致。

熱穩(wěn)定性機制探討

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SEBL、SELAF和HELAF太陽能電池在150°C暗退火15分鐘后，單太陽下（a）PCE、（b）Jsc、（c）Voc和（d）FF值的絕對變化

為LAF TOPCon太陽能電池中退化和再生所提出的三態(tài)缺陷模型及轉(zhuǎn)化路徑

氫相關(guān)退化模型：

研究提出三態(tài)缺陷模型（前驅(qū)態(tài)A、復(fù)合激活態(tài)B、恢復(fù)態(tài)C），用于描述缺陷在熱與光照下的動態(tài)轉(zhuǎn)換。LAF過程可能引入更多氫并改變其分布，氫在發(fā)射極區(qū)積累可能導(dǎo)致SCR復(fù)合，表現(xiàn)為J02上升。高溫RTA中氫在金屬-硅界面聚集可能增加接觸電阻，而LAF處理可驅(qū)散界面氫，恢復(fù)接觸性能。

其他可能機制：

金屬沉淀物在高溫下擴(kuò)散并與氫形成復(fù)合體，引起性能波動。

接觸結(jié)構(gòu)在高溫下發(fā)生變化：RTA使玻璃料軟化，破壞隧穿通道；LAF重建納米銀膠體隧穿路徑并增加直接接觸點，使后續(xù)RTA退化減輕。

本研究系統(tǒng)評估了LAF TOPCon電池在適中與高溫下的熱穩(wěn)定性。層壓過程引起的CTM損失（約0.29%絕對PCE）主要由空間電荷區(qū)J02型復(fù)合導(dǎo)致，但可通過短時光照完全恢復(fù)，戶外運行中影響甚微。高溫RTA導(dǎo)致接觸劣化，但可通過LAF修復(fù)。提出氫主導(dǎo)的三態(tài)缺陷模型，解釋了缺陷激活、鈍化與再激活的動力學(xué)。LAF引入的氫重新分布、金屬雜質(zhì)以及接觸結(jié)構(gòu)重組均是潛在機制。這些發(fā)現(xiàn)為LAF TOPCon電池的可靠性評估與組件制造工藝優(yōu)化提供了重要依據(jù)。

美能PL/EL一體機測試儀

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美能PL/EL一體機測試儀模擬太陽光照射鈣鈦礦太陽能電池片，均勻照亮整個樣品，并用專業(yè)的鏡頭采集光致發(fā)光（PL）信號，獲得PL成像；電致發(fā)光（EL）信號，獲得EL成像。通過圖像算法和軟件對捕獲的PL/EL成像進(jìn)行處理和分析，并識別出PL/EL缺陷，根據(jù)其特征進(jìn)行分析、分類、歸納等。

• EL/PL成像，500萬像素，實現(xiàn)多種成像精度切換
• 光譜響應(yīng)范圍：400nm~1200nm
• PL光源：藍(lán)光（可定制光源尺寸、波長等)
• 多種缺陷識別分析(麻點、發(fā)暗、邊緣入侵等)可定制缺陷種類

美能PL/EL一體機測試儀對晶硅太陽能電池片內(nèi)部的缺陷，如晶體缺陷、雜質(zhì)等，進(jìn)行高精度檢測從而幫助生產(chǎn)人員及時調(diào)整工藝參數(shù)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

原文參考：Thermal stability of laser-assisted fired TOPCon solar cells: Crucial insights for module manufacturing, certification testing, and field conditions

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