Como Uma Etapa de Laser Forçou Toda a Pasta de Prata da Frente a Mudar Seu Sangue

Introdução

Antes de 2024, a pasta de prata frontal TOPCon era quase toda dopada com alumínio. O alumínio ajudava a queimar as camadas dielétricas, ajudava a reduzir a resistência de contato, e todos a usavam sem problemas. Então o LECO apareceu e o quadro inteiro mudou. A pasta de prata sem alumínio assumiu a liderança quase da noite para o dia, e a pasta dopada com alumínio caiu para um papel secundário. Depois disso, todos se aprofundaram na direção sem alumínio, trabalhando em fórmulas de pasta, design molecular e sinergia de processo.

Então, por que um único processo de laser pode abalar tão fortemente a fórmula da pasta de prata? Na linha, muitas pessoas sabem que isso aconteceu, mas não por quê. Entenda isso, e você realmente entende a sinterização frontal TOPCon.

A metalização frontal TOPCon está passando de "o material domina o contato" para "material, laser, emissor e dedos compartilhando o trabalho."

Comece Pela Estrutura Frontal

Pegue uma estrutura TOPCon típica. O lado frontal geralmente é uma pilha de filmes dielétricos multicamadas, por exemplo, SiOx, SiNx, AlOx. Alguns processos também trazem camadas funcionais como SiOxNy, e a pilha exata difere por fabricante. Abaixo de tudo isso, está o emissor difundido com boro, com uma profundidade de junção típica de apenas 0,8 a 1 mícron.

O vidro fritado na pasta de prata precisa "comer" através desses filmes dielétricos uma camada de cada vez nos poucos segundos de sinterização, para poder se enraizar na superfície do emissor. Múltiplos filmes, múltiplos portões. Cada camada tem uma composição, espessura e densidade diferentes. Para o vidro fritado, são vários pratos diferentes, e cada um precisa do seu próprio calor. Essa é a razão estrutural pela qual a janela de sinterização frontal TOPCon é naturalmente estreita: você não está sinterizando um filme, você está sinterizando muitos.

Era Dopada com Alumínio: O Alumínio É Uma Espada de Dois Gumes

Como a pasta de prata realmente se conecta ao silício? Mais ou menos assim. O frit de vidro derrete e grava as camadas dielétricas, abrindo-as camada por camada. Acima de 650°C, a prata começa a se dissolver no vidro fundido. Em 2016, a NREL e a SLAC filmaram isso ao vivo com raios-X in situ: a 700°C, em apenas 10 segundos, 70% da prata se dissolveu na fase vítrea. Os íons de prata dissolvidos seguem o vidro em direção à superfície do emissor, reagem com o silício em uma reação de oxidação-redução e precipitam novamente como prata metálica, crescendo em fileiras de "espinhos de prata". Ao resfriar, cristalitos de prata de alguns nanômetros precipitam dentro do vidro, formando canais condutores que transportam a corrente para fora.

Simplificando: a sinterização frontal é deixar a prata passear pelo vidro e criar raízes dentro do emissor.

Nesse processo, o papel do alumínio é muito real. Ele ajuda a queimar as camadas dielétricas e reduz a resistência de contato. Mas o alumínio também planta minas terrestres. A profundidade da junção do emissor de boro é de apenas 0,8 a 1 mícron. Os espinhos de prata precisam penetrar fundo o suficiente para formar um contato de baixa resistência, mas não devem atravessar a junção p-n. O alumínio altera a reação da fase vítrea, a gravação da interface e o comportamento de precipitação do metal. Sob certos sistemas de processo, o excesso de envolvimento do alumínio pode aumentar o risco de queima excessiva do contato e danos ao emissor. E a dívida do alumínio não é apenas essa conta de passivação. Sob sinterização em alta temperatura, os dedos metálicos cedem e se espalham. Após a queima, os dedos ficam mais largos e mais curtos, a área de sombreamento cresce e a perda óptica aumenta. Na era dopada com alumínio, esses são dois balanços ruins: a interface é prejudicada pelo alumínio, e os dedos são queimados pelo fogo.

Uma linha: a era dopada com alumínio trocou a força bruta do alumínio pelo contato e pagou a conta com passivação e óptica.

Quando a LECO Chegou, o Céu Mudou

A LECO (Otimização de Contato Aprimorada por Laser) foi proposta pela primeira vez em 2016 pela Cell Engineering. Ela entrou na produção em massa de TOPCon em 2023-2024 e agora é uma configuração padrão da indústria. Seu significado não é "mais uma etapa de laser". Seu significado é que ela redistribui o mecanismo de formação de contato frontal. Pela primeira vez, a iniciativa da formação de contato é parcialmente retirada das mãos da pasta e dada ao laser, que faz processamento local preciso na interface de contato para "ativar" o contato. O trabalho que o alumínio costumava fazer, o laser também pode fazer, e o faz com mais precisão, sem prejudicar a passivação.

Retire o alumínio, e o maior risco na parte frontal, a perfuração do alumínio destruindo a passivação do emissor de boro, desaparece na origem. É o que a indústria chama de "grande salto": direto da pasta de prata dopada com alumínio para a pasta de prata sem alumínio, quase sem estado de transição no meio.

Aqui está o ponto que as pessoas mais facilmente interpretam mal: pasta de prata sem alumínio não é simplesmente "remover o alumínio." Remova o alumínio, e o trabalho de queimar as camadas dielétricas recai inteiramente sobre o vidro fritado, enquanto a formação de contato recai sobre o LECO. A fórmula do vidro, a morfologia do pó de prata e a janela de temperatura de sinterização da pasta sem alumínio precisam ser redesenhadas. Remover o alumínio divide um problema antigo em dois novos problemas, e então os resolve um por um.

Depois do Sem Alumínio, a Luta É Sobre "Habilidade Interna"

A pasta de prata sem alumínio não é a linha de chegada, é a linha de partida. Nos últimos dois anos, todos têm refinado na direção sem alumínio, aprimorando a "habilidade interna" da própria pasta. Em agosto, a equipe de Ye Jichun do Instituto de Materiais de Ningbo, juntamente com a JA Solar e a Zhejiang Guangda Electronics, publicou um trabalho de metalização frontal com 26,31% de eficiência em Matter. Essa é a mais recente vitrine dessa onda de habilidade interna.

Células solares TOPCon com eficiência de 26,31% habilitadas por metalização sinérgica com redução de sombreamento óptico e perdas de resistência de contato, https://doi.org/10.1016/j.matt.2026.102965

Desembrulhando, ela fez duas coisas que ninguém na era do alumínio ousaria sequer pensar.

Primeiro, tornou a pasta de prata "conforme." Partindo do mecanismo de quebra e reconstrução reversível da rede tixotrópica de polímeros na pasta, eles redesenharam a configuração molecular da rede de polímeros e a rede de ligações de hidrogênio intermoleculares, para que a pasta "se mantenha em pé" após ser impressa. A razão de aspecto das linhas impressas atingiu 55%, então as linhas são altas e estreitas. Não subestime esse número. O que a sinterização em alta temperatura mais teme é o colapso e espalhamento das linhas. Uma razão de aspecto de 55% significa que o sombreamento cai drasticamente, e uma grande parte da perda óptica é economizada. Essa é a "força inteligente" no nível da pasta, não a força bruta do alumínio, mas o design reológico.

Segundo, tornou o contato "pontual." Seu processo LECO personalizado aplica uma polarização reversa à célula enquanto um laser de frequência única varre continuamente os dedos frontais. A injeção de portadores desencadeia calor Joule local, formando um contato hemisférico de liga Pb-Ag/Si no ombro da pirâmide. Observe três palavras-chave: baixa penetração, baixa resistência, locais discretos. A reação de contato metal-semicondutor é confinada a pontos minúsculos, em vez de toda a superfície ser "queimada" como na sinterização tradicional. O dano à rede induzido pelo alumínio desaparece, e a perda por recombinação induzida pelo metal cai bastante.

O resultado do Instituto de Ningbo: eficiência certificada de 26,31% por terceiros, densidade de corrente de curto-circuito de 41,98 mA/cm², estabelecendo um recorde certificado de Jsc para células TOPCon de grande área. Esse ganho de Jsc essencialmente não vem de uma sinterização mais forte "queimando" o contato, mas de "economizar" a perda nas duas extremidades ao mesmo tempo, sombreamento dos dedos e recombinação na interface.

A Frente Não É o Campo de Batalha Apenas da Pasta

Pegue aquele Nature Energy 26,66% de novo. Muita gente só olha para a dupla camada de polissilício no verso, mas a frente também está sob a faca, e a lógica é a mesma do trabalho Matter .

Na frente, a resistência de folha do emissor de boro é elevada dos usuais 215 Ω/sq para 430 Ω/sq. Maior resistência de folha significa melhor passivação (tempo de vida dos portadores minoritários sobe de 0,70 ms para 1,12 ms, densidade de corrente de saturação escura cai de 9 para 5 fA/cm²), mas o contato fica mais difícil de fazer. A solução anda em duas pernas. Os dedos são estreitados de 20 μm para 10 μm, e o espaçamento apertado de 1120 μm para 825 μm, usando dedos mais densos e finos para compensar a perda de transporte lateral da alta resistência de folha, e cortando o uso de prata por unidade de área em cerca de um terço no caminho. A outra perna se apoia no processo de ativação de contato para dar suporte, resolvendo o problema de contato de alta resistência de folha na etapa de metalização.

O que é mais interessante é colocar os dois trabalhos lado a lado. Mesma equipe. Nature Energy "bloqueia prata" no verso, Matter "remove alumínio" na frente. Um na frente, um no verso, ambos são "subtração na metalização". O manual da era do alumínio, de "trocar força bruta por contato, pagar com passivação", está sendo sistematicamente aposentado, substituído por: pasta inteligente, laser de ponto localizado, dedos finos, passivação espessa.

A Próxima Batalha: Usar Ainda Menos Prata

Sem alumínio resolveu o problema do "dano à passivação", mas o próximo passo na redução de custos e aumento de eficiência é "reduzir o teor de prata."

Se a pasta de prata sem alumínio resolve "como fazer contato sem prejudicar a passivação", então o cobre revestido de prata, a pasta de baixo teor de prata e até mesmo a metalização de cobre puro estão resolvendo o próximo problema: como usar menos prata.

A DK Electronic desenvolveu uma solução de metalização à base de cobre com baixo teor de prata e trabalhou com clientes líderes para ser a primeira a atingir a produção em massa em células TOPCon. A JinkoSolar está atacando a pasta de cobre puro, a pasta de níquel e outras pastas condutoras de metais básicos. A solução de metalização ACM da LONGi já está no tabuleiro.

Em 2026, a eliminação da prata passou de uma "direção de pesquisa" para uma "corrida de industrialização."

A pasta de prata sem alumínio resolveu "como não prejudicar a passivação"; a pasta de alto teor de cobre / cobre puro tem que resolver "como usar menos prata." A próxima batalha já começou.

Três Linhas Para Levar de Volta à Linha de Produção

Primeiro, sem alumínio não é sobre economizar esforço, é sobre mudar o jogo. De "o alumínio queima por você" para "sinergia entre fórmula e laser." Entenda isso, e você saberá por que a janela de processo ainda é tão estreita, porque agora a queima e o contato são dois mecanismos independentes em ação, exigindo coordenação mais rigorosa.

Segundo, antes de ajustar a janela de sinterização frontal, primeiro descubra quantas camadas estão à sua frente e o que cada uma é. Os tempos de "perfuração" de diferentes pilhas se somam. Não fique apenas olhando o pico da curva do forno, observe a faixa de temperatura e o tempo de reação correspondentes a cada camada.

Terceiro, os três livros-razão da eficiência frontal agora são contados separadamente. Os dedos lidam com o sombreamento (a proporção de aspecto é fundamental), a pasta mais LECO lidam com o contato, a resistência de folha mais as camadas de passivação lidam com a recombinação. Qualquer livro-razão que não feche é onde a eficiência fica travada. No futuro, um quarto item será adicionado a este livro-razão: o teor de prata.

Visão da Ooitech

O que nos chama a atenção ao observar essa mudança é que o jogo da face frontal não é mais sobre um único material herói carregando todo o contato. LECO, dedos mais finos, maior resistência de folha e passivação mais espessa agora dividem o trabalho, e isso muda como uma linha de módulos precisa pensar sobre as entradas de células a montante e o stringing a jusante. Do nosso lado, construindo linhas de produção de módulos turnkey, a proporção de aspecto e a largura dos dedos, como os números de 10 μm e 55% aqui, afetam diretamente como o tabber-stringer e a interconexão são configurados, então as tendências de metalização de células não são apenas uma preocupação do fabricante de células. Curioso para ouvir dos engenheiros de linha o que realmente quebra primeiro quando você empurra essas janelas. Se você quiser mais conteúdo prático sobre fábricas solares, nosso canal no YouTube www.youtube.com/ooitech vale a pena seguir.