新南威尔士大学光伏与可再生能源学院副院长 Bram Hoex 告诉 PV Tech Premium，
激光辅助烧结是 “过去几年太阳电池制造领域的最大创新”。
Hoex
和来自新南威尔士大学以及中国组件制造商中来股份的同事在
7
月份的一篇论文中写道：
“
激光辅助烧结技术，如激光增强接触优化将相对低温下的传统共烧与随后的激光处理相结合，已成为标准一步共烧的有吸引力的替代方法。”
提升功率转换效率
虽然
TOPCon
太阳电池正在全球太阳能市场上迅速普及，但与更成熟的钝化发射极和背接触
(PERC)
太阳电池相比，它们的可靠性较差，因此必须使用高成本的材料清单
(BOM)
。
今年
6
月，
PV Tech Premium
报道了下一代太阳能组件的缺陷导致效率在短短几年内大幅下跌的问题。造成
TOPCon
技术性能下降的主要原因是丝网印刷浆料中使用了银铝混合物，这种混合物会使浆料对腐蚀敏感。
使用激光辅助烧结技术的主要原因是为了获得更高的功率转换效率，TOPCon 电池的功率转换效率可达 0.3%-0.6%。
激光辅助烧结触点的电子显微镜扫描图像。图片来源：新南威尔士大学学生 Xinyuan Wu。
此外，激光辅助烧结还能使电池制造商减少对铝触点成型的依赖。
它可以大大减少正面浆料中所需的铝量，甚至可以完全不使用铝。
TOPCon 不会像异质结(HJT)技术那样在正面产生光学损耗。因此，Hoex 确信
TOPCon 和 HJT 之间的效率差距可以进一步缩小，尤其是现在这种 “改变游戏规则 ”的激光辅助烧结方法已经问世。他还指出了 TOPCon 的乐观发展轨迹，称制造商对该技术的研发“相当出色”。
触点烧结技术停滞不前的二十年
氮化硅问世后，业界开始使用触点烧结法，但 Hoex 表示，自二十一世纪以来，太阳电池的触点烧结法一直 “相当平静”。
除 HJT 技术和一些背接触太阳电池外，大多数现代硅光伏电池的触点都是丝网印刷的，打印在电介质薄膜上，这些薄膜充当非导电的抗反射涂层以及表面钝化膜和氢化膜。
触点烧结步骤主要是为了通过这些电介质薄膜进行接触。
制造太阳电池最简单的方法是先将电介质薄膜作为钝化/抗反射层，然后再进行金属化，金属必须与介质层下方的磷扩散发射极接触。
在许多情况下，金属化必须与前面某个步骤中形成的所谓选择性发射极的模式保持一致。
Hoex表示，在这种情况下，金属化流程中的成分会 “吃掉”电介质薄膜，以便与硅接触。
问题就出在这里，丝网印刷浆料中的发射极必须穿过氮化硅层，同时还要与下方的磷扩散发射极层保持良好的附着和电接触而不会使太阳能电池短路。
换句话说，为了通过坚固的电介质薄膜进行接触，就必须 “非常积极地”穿过电介质，但同时，一旦到达硅层，就必须停止，以便形成良好的接触而不穿过浅层扩散区，如果不这样的话，会使太阳能电池短路。
“这是一个相当精细的过程，"Hoex 补充道。
这就需要一个共烧步骤——电池完成前的最后一道工序——在 700-800 摄氏度的高温下，同时烧结前触点和后触点。
在这一步骤中，业界的许多创新都集中在浆料化学性质改进上，以确保各层之间的良好接触。
在激光辅助烧结技术问世之前的十年间，这种共同烧结步骤一直都是作为一个单一步骤，使用带有加热区和冷却区的工具对硅片进行加热和冷却，创新相对较少。
激光辅助烧结
这种新工艺与大多数制造创新不同，它不是减少生产过程中的步骤数量，而是将一个步骤分成两个步骤。
Hoex 解释说，在这种情况下，烧结过程是在较低的温度下 “不完美地”进行的。
这导致只有一小部分金属浆料与底层硅接触，而其余部分在接触面和硅之间仍有部分介电层。
这是有益的，因为金属和硅直接接触区域的表面重组损耗非常高，而具有有效的表面/界面钝化层的区域的重组损耗非常低。
这就解释了为什么这些未完全烧结的电池实际上比最佳烧结的电池具有更高的开路电压。
这一优势可与业界从Al-BSF太阳能电池过渡到PERC 太阳能电池时所取得的显著提升相媲美。
Al-BSF 太阳电池背面是全面积金属触点，而 PERC 太阳电池则将其改变为具有局部触点的电介质钝化背面，其中只有不到 5%的硅与金属直接接触。
这大大减少了背面的重组，提高了电池的开路电压。
激光辅助烧结使丝网印刷区域下的金属-硅接触部分显著减少，在微观尺度上，这部分已不足太阳电池的 5%，其余 95% 由介电薄膜钝化。
这进一步减少了表面/界面重组，增加了开路电压。
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解决接触电阻问题
减小金属-硅接触面积的主要挑战在于电阻损耗的增加。
电阻损耗与电阻和电流的平方成正比，但为了清晰起见，本文只考虑硅-金属接触产生的电阻损耗。
电阻与接触电阻成正比，与接触面积成反比，也就是接触面积越大，电阻越小。
激光辅助烧结是在传统烧结步骤之后进行的，重点在于显著降低微观局部接触处的接触电阻。
在激光辅助烧结工艺中，未完全烧结的太阳电池被置于反向偏压下，随后由激光进行局部照射。
激光会产生电子-空穴对，这些电子-空穴对很快就会被太阳能电池中因反向偏压而产生的强电场分离，从而产生通过外部电路运行的光生电流。
这种高电流只能流向硅与金属化直接接触的微观局部区域。
这些区域仍然具有很高的接触电阻并承受着高电流，从而产生高度局部加热的情况。
激光辅助烧结工艺经过了优化，这种局部加热可显著降低硅与金属化之间的接触电阻，同时不会影响被电介质薄膜钝化的很好的非接触区域。
Hoex补充说：
“这就是为什么这种两步工艺基本上就可以让你获得丝网印刷触点，其中部分钝化膜仍然存在。
”
最初，科学家们开发这种方法是为了恢复接触不良的电池，他们称之为 “欠烧结 ”电池。
激光辅助烧结可以通过改善接触断口的欧姆特性来解决这一问
题
。
研究这种方法的创新人员进一步利用烧结不足以保持表面钝化，然后提升触点断裂度，从而提高效率。
在之前的一次采访中，Hoex 指出新南威尔士大学已发现了激光辅助烧结方法的一些问题，但他仍无法透露具体细节。
新南威尔士大学的科学家们看到了 “值得关注的行为”，也就是在经过某些处理后，性能会下降，但随后又会提升。
也可能对某些污染物敏感。
为了追求速度，新南威尔士大学的一些电池级测试“相当极端”，因此这种情况是否会在现场发生还不得而知。
最后，Hoex 表示，这项技术还很新，因此仍有一些问题有待解决。
LECO 是德国公司 Cell Engineering 发明的一种激光辅助烧结技术，可以提升PERC 和 TOPCon 电池的效率。
韩国公司 Qcells 去年收购了 Cell Engineering，从而获得了 LECO 的知识产权。
韩华发言人告诉 PV Tech Premium，该公司目前无法就该技术发表评论。
