全球能源轉型加速下，晶體硅太陽電池仍占據超95%市場份額，其中TOPCon技術憑借隧穿氧化硅/多晶硅鈍化接觸結構成為產業化主流，最高效率已達26.4 %。然而，傳統絲網印刷銀漿成本高、碳足跡大，電鍍Ni/Cu金屬化雖具備無銀化、細線寬、低串聯電阻等優勢，卻因前道激光開槽導致晶格損傷，造成開路電壓損失。激光誘導燒火（LIF ）在絲印電池中已被證實可有效降低接觸電阻、提升效率，但在電鍍TOPCon電池中尚未系統應用。美能TLM接觸電阻測試儀是專用于太陽能電池電極優化中關鍵電學參數提取的高精度分析設備，具備接觸電阻率與柵線電阻雙重測試功能。為TOPCon電池等高效結構的電極材料優化與工藝改進提供可靠的量化依據。

本研究系統探討了激光誘導燒火技術與鎳/銅電鍍工藝在隧穿氧化層鈍化接觸（TOPCon）太陽能電池金屬化中的集成應用。通過對不同激光誘導燒火施加節點、反向電壓參數及工藝順序的全面優化，揭示了激光誘導燒火對電鍍鎳/銅電極界面接觸性能、載流子復合行為及整體電學性能的調控機制，并首次提出采用激光誘導燒火替代傳統鎳低溫燒結的創新技術路徑。

實驗方法

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具有Ni/Cu金屬化電極的TOPCon電池結構

Ni/Cu電鍍電極TOPCon電池的制備工藝流程

激光誘導燒火工藝原理示意圖

本研究所用n型TOPCon電池基片，采用182.20 mm × 186.75 mm單晶硅片，厚度135 μm，電阻率0.6～1.2 Ω·cm，少數載流子壽命約180±100 μs。Ni/Cu電極電鍍工藝。

電池制備流程包括：制絨、硼擴散（發射極深度800 nm）、背面隧穿氧化層（~2.0 nm）及摻磷非晶硅（90 nm）沉積、高溫退火（900 °C）轉化為多晶硅層、正面AlO?（4.0 nm）及雙面SiN?鈍化層沉積、355 nm皮秒激光開槽形成電極圖形、700 °C退火2分鐘修復激光損傷、HF清洗、Ni電鍍、低溫燒結、Cu電鍍。

LIF對Ni/Cu電鍍電池電性能的影響

在AM1.5G、1000?W/m2、25?°C條件下，未經LIF處理及不同反向電壓LIF處理樣品的電性能：（a）開路電壓Voc（b）短路電流密度Jsc（c）填充因子FF（d）轉換效率PCE（e）串聯電阻Rs（f）并聯電阻Rsh

（a）擴散暗飽和電流密度J01（b）復合暗飽和電流密度J02

拉曼光譜三高斯峰擬合示意圖

未經LIF及不同反向電壓LIF處理下的結晶度分析

未經LIF處理的Ni/Cu電鍍TOPCon電池基準效率為24.29%，開路電壓696.27 mV，短路電流密度42.67 mA/cm2，填充因子81.74%。與絲印電池相比，電鍍電池開路電壓出現明顯損失，主要源于激光開槽引入的殘余晶格損傷。

為修復損傷并改善界面接觸，在完成Cu電鍍后引入LIF處理，并設置反向偏壓梯度（8～18 V）。結果表明，LIF可顯著提升電池各項電參數。隨著反向電壓升高，填充因子、轉換效率及短路電流密度均呈先升后降趨勢，開路電壓略有提升但幅度較小。在14 V反向電壓下，串聯電阻由1.51 mΩ降至1.16 mΩ（相對降低23.17%），并聯電阻由3147 Ω升至4941 Ω（相對提升57.01%），電池效率絕對值提升0.401%，開路電壓提升0.32 mV，短路電流密度提升0.07 mA/cm2，填充因子絕對值提升1.22%。

暗飽和電流密度分析表明，在8～14 V范圍內，J01基本保持不變，J02逐漸下降，于14 V時達到最低值，說明界面復合得到顯著抑制；而在16～18 V高電壓下，J01略有上升，J02急劇增大，短路電流密度隨之下降，反映出過高反向電壓引發的過度焦耳熱已導致新生熱損傷。

拉曼光譜結晶度分析進一步印證了這一趨勢：LIF可在傳統高溫退火修復的基礎上，將電極下方硅結晶度進一步提升0.76%～1.84%（絕對值），14 V時修復效果最佳；而16～18 V下熱損傷加劇，結晶度回落，開路電壓隨之下降。

LIF在電鍍流程中的引入時機

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電鍍工藝中LIF可能引入時機的示意圖（A、B、C三組）

三組不同LIF引入位置的電性能對比（Voc、Jsc、FF、PCE、Rs、Rsh）

三組不同LIF引入位置的暗飽和電流密度（J01、J02）分析

三組及基準組的電極下方硅結晶度分析

鑒于電鍍Ni/Cu電極制備包含Ni電鍍、低溫燒結、Cu電鍍三個關鍵步驟，本文將LIF分別引入三個節點：Ni電鍍后、低溫燒結前（A組）；低溫燒結后、Cu電鍍前（B組）；Cu電鍍后（C組）。所有組別均采用14 V/45 W LIF參數。

電性能對比顯示：C組表現最優，B組次之，A組最差。Suns-Voc測試及拉曼結晶度分析表明，A組因在LIF形成歐姆接觸后再次經歷低溫燒結，二次熱處理引入額外界面缺陷，導致J01、J02均為最高，結晶度最低（約95.6%）。B組在低溫燒結形成Ni-Si合金后經LIF修復，結晶度顯著高于A組（約96.45%），但由于電極仍僅為Ni層、電阻較高，LIF時焦耳熱過大，修復效果仍受限。C組因Cu層已沉積完畢，電極電阻較低，LIF時熱場分布更為均勻，接觸界面平滑且微缺陷得以有效修復。

A組與B組在不同反向電壓LIF處理下的電性能（Voc、Jsc、FF、PCE）

針對A組與B組，進一步優化反向電壓（2～14 V）。A組最佳性能出現在8 V：此時LIF與低溫燒結協同作用，填充因子達82.89%，效率達24.68%；14 V時性能下降，與前述二次熱損傷結論一致。B組整體變化平緩，8 V時開路電壓、短路電流密度、填充因子及效率均達到小峰值，14 V時仍略優于A組但劣于C組。

LIF替代傳統鎳燒結的可行性研究

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D組與A、B組電性能對比（Voc、JscJ、FF、PCE）

不同工藝（低溫燒結、LIF、LIF+燒結等）制備的電池結晶度對比

不同制造工藝（O、A、B、C、D組）電池接觸電阻橫向均勻性分布

基于A組在8 V下LIF已形成良好歐姆接觸、后續低溫燒結增益甚微甚至產生負面影響這一發現，本研究嘗試省去低溫燒結步驟，即在Ni電鍍后直接進行LIF處理（45 W/8 V），隨后電鍍Cu，記為D組。I-V測試顯示，D組電性能優于A、B組，與C組相當。拉曼結晶度分析表明，D組LIF后硅結晶度高于傳統低溫燒結組，這是因為LIF瞬時溫度遠高于燒結溫度，可形成更穩定的NiSi相。

D組工藝（Ni-LIF-Cu）在不同反向電壓（2~12 V）下的電性能對比（Voc、Jsc、FF、PCE）

進一步采用TLM法對比各組接觸電阻橫向分布均勻性。未LIF處理的基準組（O組）邊緣與中心接觸電阻差值達3.53 Ω，源于燒結爐溫度場不均；A組差值為2.05 Ω，B組1.46 Ω，C組1.54 Ω，而D組差值僅0.45 Ω，且平均接觸電阻最低。D組優異均勻性歸因于LIF逐點逐線掃描、能量注入高度一致的工藝本質，從根本上避免了傳統燒結爐宏觀溫場不均問題。

針對D組工藝，進一步優化LIF反向電壓（2～12 V）。最佳性能出現在6 V：開路電壓696.72 mV，短路電流密度42.80 mA/cm2，填充因子82.96%，轉換效率24.74%。相較于未LIF處理的傳統低溫燒結電鍍TOPCon電池，效率絕對值提升0.45%，開路電壓提升0.86 mV。

本文系統研究了LIF技術在Ni/Cu電鍍TOPCon太陽電池中的應用。LIF可顯著降低電鍍Ni/Cu電極接觸電阻、抑制界面復合、修復激光殘余損傷，使電池轉換效率絕對值提升0.401%，開路電壓恢復0.32 mV。通過調控LIF在電鍍流程中的引入節點及反向電壓，確定Cu電鍍后14 V為最優工藝窗口。在此基礎上，首次提出以LIF完全替代傳統Ni低溫燒結，采用Ni電鍍→LIF（6 V）→Cu電鍍工藝路線，電池平均效率達24.74%，開路電壓達697.0 mV，接觸電阻橫向不均勻度降至0.45 Ω。LIF憑借其微觀局域、能量精準、熱場均勻的本質優勢，在接觸界面調控精度及均勻性方面展現出超越傳統燒結工藝的巨大潛力，為高性能TOPCon電池金屬化提供了一條極具前景的技術路徑。

美能TLM接觸電阻測試儀

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

靜態測試重復性≤1%，動態測試重復性≤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

美能TLM接觸電阻測試儀通過傳輸線模型方法，對未經LIF處理及不同工藝節點引入LIF的Ni/Cu電鍍TOPCon電池樣品進行接觸電阻橫向均勻性表征，精確測定了電池邊緣至中心的接觸電阻分布梯度，該測試為LIF技術顯著提升金屬/硅接觸界面均勻性提供了關鍵數據支撐。