激光輔助燒結（LAF）技術（如激光增強接觸優化LECO）已廣泛應用于隧穿氧化層鈍化接觸（TOPCon）太陽能電池的大規模生產。雖然LAF可優化金屬-半導體接觸、提升鈍化效果，但業界對其在熱過程（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（LAF）技術可顯著提升TOPCon電池效率，但其熱穩定性是產業化關注的核心問題。本研究系統性評估了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律。

實驗方法

Millennial Solar

（a） LAF TOPCon太陽能電池的結構示意圖，以及穩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循環下

研究采用G10尺寸n型硅襯底制備TOPCon電池，前表面為硼擴散發射極，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：進行450°C RTA（峰值430°C、3秒）與LAF循環，評估接觸穩定性。

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

結果與討論

Millennial Solar

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。這表明層壓相關的熱應力是引起電池-組件（CTM）損失的主要原因。

中等溫度熱穩定性分析

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PL圖像（b）短路基態PL圖像

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

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

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

250°C預退火可穩定電池性能，但后續焊接（模擬為350°C光浸泡）會重新激活缺陷，導致層壓時再次退化。循環測試表明，光浸泡主要使已鈍化的缺陷重新激活，而非產生新缺陷。

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

樣品在初始狀態以及經過3步RTA過程后的EL圖像

450°C RTA導致FF大幅下降（約21.6%），主要源于串聯電阻（Rs）急劇上升。后續LAF處理可恢復接觸性能，使FF與PCE回歸初始水平。重復RTA循環中，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后出現暗區，對應接觸不良，與I-V結果一致。

熱穩定性機制探討

Millennial Solar

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缺陷模型及轉化路徑

氫相關退化模型：

研究提出三態缺陷模型（前驅態A、復合激活態B、恢復態C），用于描述缺陷在熱與光照下的動態轉換。LAF過程可能引入更多氫并改變其分布，氫在發射極區積累可能導致SCR復合，表現為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處理可驅散界面氫，恢復接觸性能。

其他可能機制：

金屬沉淀物在高溫下擴散并與氫形成復合體，引起性能波動。

接觸結構在高溫下發生變化：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RTA退化減輕。

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

美能PL/EL一體機測試儀

Millennial Solar

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，并用專業的鏡頭采集光致發光（PL）信號，獲得PL成像；電致發光（EL）信號，獲得EL成像。通過圖像算法和軟件對捕獲的PL/EL成像進行處理和分析，并識別出PL/EL缺陷，根據其特征進行分析、分類、歸納等。

• EL/PL成像，500萬像素，實現多種成像精度切換
• 光譜響應范圍：400nm~1200nm
• PL光源：藍光（可定制光源尺寸、波長等)
• 多種缺陷識別分析(麻點、發暗、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部的缺陷，如晶體缺陷、雜質等，進行高精度檢測從而幫助生產人員及時調整工藝參數，提高產品質量。

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

*特別聲明：「美能光伏」公眾號所發布的原創及轉載文章，僅用于學術分享和傳遞光伏行業相關信息。未經授權，不得抄襲、篡改、引用、轉載等侵犯本公眾號相關權益的行為。內容僅供參考，若有侵權，請及時聯系我司進行刪除。