n-TOPCon太陽能電池因其獨特的超薄二氧化硅（SiOx）層和n+多晶硅（poly-Si）層而受到關注，這種設計有助于實現(xiàn)低復合電流密度（J0）和降低接觸電阻（ρc）。激光增強接觸優(yōu)化（LECO）工藝正在取代傳統(tǒng)的高溫燒結工藝，成為主流技術。研究了LECO工藝中不同參數(shù)（燒結溫度、激光功率、反向電壓）對金屬接觸復合電流密度、接觸電阻率和I-V特性的影響。使用790°C燒結溫度、18W激光功率和16V反向電壓，實現(xiàn)了25.97%的最大效率。通過美能TLM接觸電阻測試儀對接觸電阻率（ρc）的精確測量，驗證了LECO工藝在降低接觸電阻、提升填充因子（FF）方面的顯著效果。

材料與方

n-TOPCon太陽能電池結構和LECO工藝示意圖

n-TOPCon太陽能電池結構：包括前表面的p+發(fā)射極、Al2O3和SiNx鈍化層，以及后表面的SiOx和n+ poly-Si層。LECO工藝流程：

激光照射：使用紅外激光（波長1064 nm，功率18-24 W）對前表面進行全幅掃描，激光能量集中于金字塔紋理的尖端。

反向電壓施加：在激光作用時施加10-20 V的反向電壓，引導光生載流子（電子和空穴）定向移動，促進銀（Ag）與硅（Si）的互擴散。

接觸優(yōu)化機制：直接銀-硅接觸：激光誘導的局部高溫使銀漿中的銀與硅形成直接接觸，減少界面電阻。玻璃層中的納米銀膠體：激光和反向電壓促使銀在玻璃層中形成導電網絡，通過隧穿效應傳輸電流。接觸電阻測試

方法：使用美能TLM接觸電阻測試儀（TLM-STD Millennial Solar）測量接觸電阻率（ρc）。

目的：定量評估LECO工藝對金屬與半導體接觸電阻的優(yōu)化效果。

美能TLM測試儀的高精度測量驗證了LECO工藝在降低接觸電阻方面的有效性。結果與討論

Ag-Si接觸結構的STEM圖像

正常燒結樣品在金字塔尖端有明顯的腐蝕坑，而LECO處理樣品顯示出玻璃層和大量銀膠體，表明LECO工藝減少了鈍化層的損傷并優(yōu)化了接觸。燒結溫度對接觸的影響

不同燒結溫度下的I-V數(shù)據(jù)

最佳燒結溫度：790°C 是最佳燒結溫度，此時電池效率最高（25.88%），Voc和FF均達到最優(yōu)值。適當降低燒結溫度（如760°C）可以減少鈍化層損傷，但可能會犧牲部分接觸質量，導致FF略有下降。高溫燒結的局限性：820°C 的高溫燒結雖然可以形成良好的接觸，但對鈍化層的損傷較大，導致Voc下降。高溫燒結增加了金屬化復合電流密度（J0,metal），降低了電池的整體性能。LECO工藝的優(yōu)勢：LECO工藝通過激光和反向電壓的協(xié)同作用，在較低的燒結溫度下實現(xiàn)了優(yōu)化的金屬接觸。與傳統(tǒng)高溫燒結相比，LECO工藝顯著減少了對鈍化層的損傷，提高了電池的開路電壓（Voc）和填充因子（FF）。激光功率的影響

激光照射前后的iVoc、J0和少子壽命

少數(shù)載流子壽命：激光處理后，少數(shù)載流子壽命顯著增加。這表明激光輻照激活了更多的載流子，減少了復合中心，從而提高了電池的光電性能。增加的少數(shù)載流子壽命意味著更多的光生載流子可以參與電流的產生，從而提高電池的效率。

隱含開路電壓（iVoc）：iVoc在激光處理后有所提高，這與少數(shù)載流子壽命的增加密切相關。較高的iVoc表明電池的電勢差增加，反映了電池在光照條件下的性能提升。

復合電流密度（J0）：激光處理后，J0顯著降低，表明激光輻照減少了電池內部的載流子復合。降低的J0值意味著電池的復合損失減少，從而提高了電池的整體性能。

不同激光功率下的I-V數(shù)據(jù)

最佳激光功率：18 W是最佳激光功率，此時電池效率最高（25.83%），Voc和FF均達到最優(yōu)值。適當?shù)募す夤β士梢燥@著優(yōu)化金屬接觸，減少接觸電阻（ρc），同時保持較低的復合電流密度（J0）。過高的激光功率：過高的激光功率（如24 W）會破壞鈍化層，增加復合電流密度（J0），降低開路電壓（Voc）。盡管接觸電阻（ρc）可能進一步降低，但整體性能下降，效率顯著降低。激光功率的優(yōu)化：適當?shù)募す夤β适菍崿F(xiàn)最佳性能的關鍵，過高的功率會導致鈍化層損傷，反而降低電池性能。反向電壓的影響

不同反向電壓下的I-V數(shù)據(jù)

最佳反向電壓：16V反向電壓下，電池效率最高，F(xiàn)F和ρc達到最佳平衡。

過高反向電壓的影響：當反向電壓超過16V時，效率、FF和ρc基本保持不變，表明反向電壓對電池性能的提升存在閾值效應。

最佳反向電壓：16 V是最佳反向電壓，此時電池效率最高（25.97%），Voc和FF均達到最優(yōu)值。適當?shù)姆聪螂妷嚎梢燥@著優(yōu)化金屬接觸，減少接觸電阻（ρc），同時保持較低的復合電流密度（J0）。

激光功率和反向電壓對I-V參數(shù)的影響

效率最大化：18W激光功率 + 16V反向電壓。

填充因子最大化：22W激光功率 + 18V反向電壓。

平衡策略：需根據(jù)實際需求權衡效率與FF，例如選擇20W激光功率 + 16V反向電壓以實現(xiàn)綜合性能優(yōu)化。COMSOL模擬

不同LECO工藝參數(shù)下的電子和空穴濃度

實驗驗證：圖中的模擬結果與實驗中觀察到的激光功率和反向電壓對電池性能的影響一致。例如，高激光功率增加載流子濃度，但過高功率損害鈍化層，導致Voc下降。

工藝優(yōu)化：模擬結果為LECO工藝參數(shù)的選擇提供了理論依據(jù)，例如選擇18W激光功率和16V反向電壓以實現(xiàn)最佳載流子管理和接觸優(yōu)化。

通過實驗與模擬相結合的方法，探討了激光增強接觸優(yōu)化（LECO）工藝中燒結溫度、激光功率、接觸電阻和反向電壓對n-TOPCon太陽能電池性能的影響。結果表明，適當降低燒結溫度（790°C）可顯著減少金屬化復合損失，而18W激光功率和16V反向電壓的組合在優(yōu)化接觸質量和提升電池效率方面表現(xiàn)出色，實現(xiàn)了25.97%的最高效率。美能TLM接觸電阻測試儀

美能TLM接觸電阻測試儀所具備接觸電阻率測試功能，可實現(xiàn)快速、靈活、精準檢測。

靜態(tài)測試重復性≤1%，動態(tài)測試重復性≤3%

線電阻測量精度可達5%或0.1Ω/cm

接觸電阻率測試與線電阻測試隨意切換

定制多種探測頭進行測量和分析

通過美能TLM接觸電阻測試儀對接觸電阻率（ρc）的精確測量，驗證了LECO工藝在降低接觸電阻、提升填充因子（FF）方面的顯著效果。未來研究可進一步結合美能TLM測試儀的高精度分析能力，探索不同電池結構和材料組合，以進一步提升LECO工藝的適用性和效率潛力，推動n-TOPCon電池在光伏市場中的廣泛應用。

原文出處：Impact of laser-enhanced contact optimization on n-TOPCon solar cells performance and efficiency: Experimental and simulated insights

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