TOPCon कॉपर प्लेटिंग एक और कदम आगे: LIF
विषय-सूची
त्वरित उत्तर: TOPCon तांबा प्लेटिंग उत्पादन के एक कदम और करीब पहुंच गई, जिसमें जियांगनान विश्वविद्यालय के पहले के काम पर आधारित एक नया परिणाम सामने आया है। प्लेटिंग चांदी के धातुकरण को तांबे से बदल देती है, और बाधा कभी भी अवधारणा नहीं रही है — यह आसंजन और अवरोध परत है जो तांबे को सिलिकॉन में विसरित होने से रोकती है। इस अध्ययन में प्रक्रिया विंडो संपर्क निर्माण चरण के लिए लगभग 750 °C से 800 °C तक चलती है, जिसमें पैटर्निंग चरण में 1064 nm लेजर का उपयोग किया जाता है और 400 °C पर एनीलिंग की जाती है। तांबा उस चांदी के पेस्ट की तुलना में लगभग दो कोटि सस्ता है जिसे यह प्रतिस्थापित करेगा, और चांदी TOPCon सेल में सबसे बड़ी गैर-सिलिकॉन लागत है। शेष प्रश्न लाइन संगतता और दीर्घकालिक विश्वसनीयता हैं: एक प्लेटेड संपर्क जो प्रारंभिक दक्षता पास कर लेता है लेकिन नम गर्मी में खराब हो जाता है, वह विनिर्माण योग्य प्रक्रिया नहीं है।
PV मॉड्यूल निर्माण · Jerry, Ooitech द्वारा
परिचय
पिछले अध्ययन से एक नई सफलता तक
कल हमने जियांगनान विश्वविद्यालय के एक पेपर पर चर्चा की, जिसका विषय था " TOPCon तांबे की परत चढ़ाना: लेज़र ग्रूविंग सिलिकॉन को नुकसान पहुँचाती है, क्रिस्टैलिनिटी 30 प्रतिशत अंक गिर जाती है, और इसे ठीक करने के लिए एनीलिंग आवश्यक है। उस पेपर ने यह निष्कर्ष निकाला कि " 750°C एनीलिंग + HF सफाई दक्षता को 23.41% से वापस 24.85% तक बहाल कर सकती है।
लेकिन उत्पादन लाइन पर कोई भी जानता है कि 750°C एनीलिंग स्वयं एक हाइड्रोजन-प्रेरित ब्लिस्टर जोखिम वहन करती है — तापमान खिड़की अत्यंत संकीर्ण है। 775°C से ऊपर पिछली पैसिवेशन परत ब्लिस्टर हो जाती है, और 800°C पर परिणाम बिना एनीलिंग से भी बदतर होता है।
क्या कोई बेहतर तरीका है?
जियांगनान विश्वविद्यालय + जियांग्सू जियांगहुआन + डीआर लेजर द्वारा 2026 में प्रकाशित एक दूसरा पेपर एक नया उत्तर प्रदान करता है: पारंपरिक कम तापमान सिंटरिंग को बदलने के लिए LIF (लेजर-प्रेरित फायरिंग) का उपयोग करें, साथ ही लेजर क्षति की मरम्मत करें।
परिणाम: दक्षता में सुधार +0.45% abs., Voc में वृद्धि 0.86mV, और — संपर्क प्रतिरोध एकरूपता में एक बड़ा सुधार।
1. एक त्वरित पुनर्कथन: TOPCon कॉपर प्लेटिंग प्रवाह और इसके दर्द बिंदु
मानक प्रक्रिया और यह कहाँ दर्द देती है
मानक TOPCon Ni/Cu प्लेटिंग प्रवाह:
लेजर ग्रूविंग → क्षति मरम्मत के लिए उच्च तापमान एनीलिंग → HF सफाई → Ni प्लेटिंग → कम तापमान सिंटरिंग → Cu प्लेटिंग
दो दर्द बिंदु:
लेजर ग्रूविंग सिलिकॉन को नुकसान पहुंचाती है: जैसा कि पिछले लेख में चर्चा की गई, क्रिस्टलीयता 99.3% से घटकर 69.8% हो जाती है, जिसके लिए मरम्मत हेतु उच्च तापमान एनीलिंग की आवश्यकता होती है।
पारंपरिक कम तापमान सिंटरिंग असमान होती है: भट्ठी पूरे सेल को गर्म करती है, किनारे तेजी से गर्मी खो देते हैं जबकि केंद्र अधिक गर्म रहता है, जिससे संपर्क प्रतिरोध किनारों पर अधिक और केंद्र में कम होता है — असमान धारा संग्रह FF को नुकसान पहुंचाता है।
इस नए पेपर का मुख्य नवाचार: प्लेटिंग प्रवाह में LIF डालने से एक पत्थर से दो शिकार होते हैं — यह असमान कम तापमान सिंटरिंग की जगह लेता है और लेजर क्षति की मरम्मत में सहायता करता है।
2. LIF क्या है, और यह पारंपरिक सिंटरिंग से कैसे अलग है?
भट्ठी हीटिंग बनाम बिंदु-से-बिंदु वेल्डिंग
पारंपरिक कम तापमान सिंटरिंग: पूरे सेल को भट्ठी में रखकर 200–400°C पर बेक किया जाता है। समस्या असमान हीटिंग है — किनारे तेजी से ठंडे होते हैं, केंद्र अधिक गर्म होता है, और संपर्क प्रतिरोध सेल में काफी भिन्न होता है।
LIF (लेजर-प्रेरित फायरिंग): एक 1064nm इन्फ्रारेड लेजर सेल के सामने तेजी से स्कैन करता है जबकि एक रिवर्स बायस (2–18V) लगाया जाता है। लेजर फोटोजनरेटेड वाहकों को उत्तेजित करता है, रिवर्स बायस उन्हें दिशात्मक रूप से चलाता है, धातु-सिलिकॉन इंटरफेस पर सटीक स्थानीय जूल हीटिंग उत्पन्न करता है.
एक-वाक्य अंतर: पारंपरिक सिंटरिंग "पूरे सेल को बेक करना" है, LIF "बिंदु-से-बिंदु वेल्डिंग" है। LIF केवल ग्रिडलाइन के नीचे संपर्क क्षेत्र को गर्म करता है, बाकी सब कुछ थर्मल रूप से अछूता छोड़ देता है।
3. कॉपर-प्लेटेड सेल पर LIF कितनी अच्छी तरह काम करता है?
14V पर सही बिंदु ढूंढना
पेपर पहले एक आधारभूत प्रयोग चलाता है: उन सेल पर अलग-अलग रिवर्स बायस वोल्टेज पर LIF लागू करता है जिन्होंने पहले ही Ni/Cu प्लेटिंग पूरी कर ली है।
| LIF रिवर्स वोल्टेज | दक्षता | Voc | FF | Rs |
|---|---|---|---|---|
| कोई LIF नहीं (आधारभूत) | 24.29% | 696.27mV | 81.74% | 1.51mΩ |
| 8V | सुधार | — | — | — |
| 14V | 24.69% | +0.32mV | +1.22% | 1.16mΩ |
| 16–18V | गिरता है | गिरता है | तेजी से गिरता है | मूल रूप से अपरिवर्तित |
इष्टतम पैरामीटर: 14V रिवर्स बायस, दक्षता लाभ +0.401% निरपेक्ष, FF लाभ 1.22%, Rs में 23% की कमी।
उच्च वोल्टेज चीजों को बदतर क्यों बनाता है?
पेपर सन्स-वोक का उपयोग डार्क सैचुरेशन करंट घनत्व J01 और J02 मापने के लिए करता है:
J01 (पीएन जंक्शन पुनर्संयोजन का प्रतिनिधित्व करता है): वोल्टेज के साथ थोड़ा बदलाव
J02 (धातु-सिलिकॉन इंटरफेस पुनर्संयोजन का प्रतिनिधित्व करता है): 14V पर सबसे कम, 16-18V पर तेजी से बढ़ता है
अनुवाद: बहुत अधिक वोल्टेज का मतलब अत्यधिक जूल हीटिंग है, और इंटरफेस "वेल्डेड टू डेथ" हो जाता है। विंडो लगभग 14V के आसपास है।
4. LIF लेजर क्षति की मरम्मत क्यों कर सकता है?
रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी रहस्य को उजागर करती है
पेपर ने एक महत्वपूर्ण प्रयोग किया: प्लेटेड धातु को हटा दें और रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करके ग्रिडलाइनों के नीचे सिलिकॉन की क्रिस्टलीयता को मापें।
| स्थिति | क्रिस्टलीयता |
|---|---|
| कोई LIF नहीं (केवल उच्च-तापमान एनीलिंग मरम्मत) | ~95% |
| LIF 8-14V | +0.76% ~ 1.84% |
| LIF 16-18V | घटती है |
उच्च-तापमान एनीलिंग के शीर्ष पर, LIF क्रिस्टलीयता को और भी अधिक बढ़ाता है।
तंत्र: LIF एक स्थानीय तात्कालिक उच्च तापमान उत्पन्न करता है (पारंपरिक एनीलिंग तापमान से कहीं अधिक) जो अनाकार सिलिकॉन को अधिक पूरी तरह से पुन: क्रिस्टलीकृत करने की अनुमति देता है, और यह केवल ग्रिडलाइनों के नीचे के क्षेत्रों को गर्म करता है, पीछे की पैसिवेशन परत को अछूता छोड़ देता है.
यह पिछले लेख की चिंता को हल करता है - उच्च-तापमान एनीलिंग के लिए तापमान विंडो संकीर्ण है, और 775°C से ऊपर पीछे की पैसिवेशन फफोले। LIF स्थानीय हीटिंग है; पीछे प्रभावित नहीं होता है, इसलिए तापमान अधिक जा सकता है और मरम्मत प्रभाव बेहतर है।
5. LIF कब लागू किया जाना चाहिए? समय मायने रखता है
तीन उम्मीदवार और एक स्पष्ट विजेता
प्लेटिंग प्रक्रिया में तीन चरण हैं: Ni प्लेटिंग → कम तापमान सिंटरिंग → Cu प्लेटिंग। LIF कहाँ डाला जाना चाहिए?
पेपर तीन समय की तुलना करता है:
| समूह | LIF समय | इष्टतम वोल्टेज | सर्वोत्तम दक्षता | क्रिस्टलीयता |
|---|---|---|---|---|
| A | Ni के बाद, सिंटरिंग से पहले | 8V | 24.689% | ~95.6% |
| B | सिंटरिंग के बाद, Cu से पहले | 8V | 24.663% | ~96.45% |
| C | Cu के बाद | 14V | 24.69% | उच्चतम |
निष्कर्ष: LIF सबसे अच्छा तब काम करता है जब इसे सबसे अंत में रखा जाता है — Cu प्लेटिंग पूरी होने के बाद.
क्यों?
Cu प्लेटिंग के बाद, इलेक्ट्रोड प्रतिरोध नाटकीय रूप से गिर जाता है। जब LIF वोल्टेज लागू करता है, तो करंट वितरण अधिक समान होता है, जूल हीटिंग अधिक समान होती है, और इंटरफ़ेस संपर्क अधिक गहनता से अनुकूलित होता है।
यदि LIF केवल Ni परत पर लागू किया जाता है (Cu प्लेटिंग से पहले), तो प्रतिरोध अधिक होता है; समान वोल्टेज अत्यधिक जूल हीटिंग उत्पन्न करता है, जो आसानी से "इंटरफ़ेस को जला सकता है"।
6. एक बड़ी खोज: LIF कम तापमान सिंटरिंग को पूरी तरह से बदल सकता है
भट्टी को पूरी तरह से छोड़ना
यदि LIF Ni–Si संपर्क को अनुकूलित कर सकता है, तो क्या हम पारंपरिक कम तापमान सिंटरिंग चरण को पूरी तरह से छोड़ सकते हैं?
पेपर ने एक प्रयोग (समूह D) डिज़ाइन किया: Ni प्लेटिंग → LIF (8V) → सीधे Cu प्लेटिंग, कम तापमान सिंटरिंग चरण को छोड़ते हुए।
परिणाम:
| समूह | प्रक्रिया | दक्षता | संपर्क प्रतिरोध एकरूपता (किनारे–केंद्र अंतर) |
|---|---|---|---|
| O | पारंपरिक सिंटरिंग, बिना LIF | आधार रेखा | 3.53Ω |
| A | Ni+LIF+सिंटरिंग+Cu | 24.689% | 2.05Ω |
| B | Ni+सिंटरिंग+LIF+Cu | 24.663% | 1.46Ω |
| C | Ni+सिंटरिंग+Cu+LIF | 24.69% | 1.54Ω |
| D | Ni+LIF+Cu (बिना सिंटरिंग) | 24.74% | 0.45Ω |
समूह D की संपर्क प्रतिरोध एकरूपता पारंपरिक सिंटरिंग वाले हर समूह को मात देती है।
क्यों?
पारंपरिक सिंटरिंग भट्टियां असमान रूप से गर्म करती हैं — किनारे तेजी से गर्मी खो देते हैं, केंद्र अधिक गर्म होता है — जिससे किनारों पर संपर्क प्रतिरोध अधिक और केंद्र में कम होता है। LIF एक बिंदु स्कैन है; प्रत्येक बिंदु को बिल्कुल समान ऊर्जा मिलती है, स्वाभाविक रूप से समान.
LIF वोल्टेज को और अनुकूलित करके 6V, समूह D की दक्षता 24.74%, Voc तक पहुँचने के साथ 696.72mV — दक्षता में +0.45% abs. अधिक और Voc में +0.86mV अधिक पारंपरिक सिंटरिंग + कोई LIF बेसलाइन की तुलना में।
7. उत्पादन-लाइन निहितार्थ: क्या तांबा प्लेटिंग के लिए बड़े पैमाने पर उत्पादन की सीमा कम हो गई है?
तीन ठोस प्रगति
यह पेपर कई ठोस प्रगति प्रदान करता है:
1. Voc क्षति की मरम्मत की जा सकती है, और बेहतर तरीके से। पिछले लेख से 750°C एनीलिंग में संकीर्ण तापमान खिड़की और पीछे की ओर छाले का जोखिम था। LIF स्थानीय रूप से गर्म करता है, पीछे सुरक्षित रहता है, और मरम्मत अधिक प्रभावी है।
2. एक प्रक्रिया चरण बचाया जाता है, लेकिन उपकरण निवेश पर विचार किया जाना चाहिए। पारंपरिक प्रवाह: Ni प्लेटिंग → कम तापमान सिंटरिंग → Cu प्लेटिंग। LIF दृष्टिकोण: Ni प्लेटिंग → LIF → Cu प्लेटिंग। सिंटरिंग भट्टी और प्रक्रिया समय बचाता है, लेकिन LIF उपकरण स्वयं अधिक महंगा है, और प्लेटिंग लाइन के साथ एकीकरण अधिक जटिल है। वास्तविक ROI उपकरण उद्धरणों पर निर्भर करता है।
3. संपर्क प्रतिरोध एकरूपता छिपा हुआ लाभ है। पारंपरिक सिंटरिंग किनारे से केंद्र तक संपर्क प्रतिरोध अंतर 3.53Ω दिखाता है; LIF दृष्टिकोण इसे घटाकर 0.45Ω कर देता है। बेहतर एकरूपता का मतलब अधिक समान धारा संग्रह, उच्च FF, और मॉड्यूल स्तर पर कम हॉट-स्पॉट जोखिम है।
लेकिन बड़े पैमाने पर उत्पादन की बाधाएँ बनी हुई हैं:
LIF उपकरण निवेश: सिंटरिंग भट्टी को बदलते समय, आप एक लेजर + बिजली आपूर्ति + नियंत्रण प्रणाली जोड़ते हैं। उपकरण विक्रेता मूल्य निर्धारण अर्थव्यवस्था तय करता है।
लाइन एकीकरण जटिलता: LIF को प्लेटिंग लाइन के साथ सहज रूप से जुड़ना चाहिए, और चक्र-समय मिलान (पेपर 20 m/s स्कैन गति का उपयोग करता है) को मान्य करने की आवश्यकता है।
GW-स्तर स्थिरता: पेपर प्रयोगशाला/पायलट स्तर पर है; बड़े पैमाने पर उत्पादन में उपज स्थिरता के लिए अभी भी सहायक डेटा की आवश्यकता है।
8. Aiko ABC के साथ तुलना
दो रास्ते, दो कहानियाँ
| आइटम | Aiko ABC | TOPCon + LIF तांबा प्लेटिंग |
|---|---|---|
| सेल संरचना | पूर्ण पिछला संपर्क | सामने + पीछे |
| लेजर ग्रूविंग आवश्यक है | नहीं | हाँ |
| लेजर क्षति की समस्या | कोई नहीं | हाँ, लेकिन LIF क्षति की मरम्मत कर सकता है और साथ ही संपर्क को अनुकूलित कर सकता है |
| धातुकरण प्रक्रिया | Cu/Ni/Sn प्लेटिंग | Ni/Cu प्लेटिंग + LIF |
| बड़े पैमाने पर उत्पादन की स्थिति | पहले से ही बड़े पैमाने पर उत्पादन में | प्रयोगशाला / पायलट |
Aiko की BC वास्तुकला स्वाभाविक रूप से लेजर-ग्रूविंग की समस्या से बचती है। TOPCon इसे टाल नहीं सकता, लेकिन LIF एक "गड्ढा भरें + अनुकूलित करें" संयोजन समाधान प्रदान करता है — न केवल क्षति की मरम्मत करता है, बल्कि एक प्रक्रिया चरण भी बचाता है और एकरूपता में सुधार करता है।
9. सारांश
स्थिति क्या है
जियांगन विश्वविद्यालय का यह नया पेपर एक बात साबित करता है: TOPCon कॉपर प्लेटिंग में लेजर क्षति को न केवल मरम्मत किया जा सकता है, बल्कि LIF इसे पारंपरिक एनीलिंग से बेहतर तरीके से मरम्मत करता है — और साथ ही यह कम तापमान सिंटरिंग की एकरूपता समस्या को भी हल करता है।
+0.45% abs. की दक्षता वृद्धि, 0.86mV की Voc वृद्धि, और संपर्क प्रतिरोध एकरूपता में बड़ा सुधार — ये तीन संख्याएँ किसी भी उत्पादन लाइन पर गंभीर मूल्यांकन के योग्य हैं।
बड़े पैमाने पर उत्पादन की सीमा अभी भी मौजूद है, लेकिन तकनीकी रोडमैप स्पष्ट होता जा रहा है।
चर्चा का विषय: क्या LIF द्वारा कम तापमान सिंटरिंग को प्रतिस्थापित करना TOPCon कॉपर प्लेटिंग के बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए "अंतिम किक" है, या केवल "प्रयोगशाला-पक्ष का केक पर आइसिंग" है?
संदर्भ जानकारी:
शीर्षक: TOPCon सौर सेल धातुकरण के लिए Ni/Cu प्लेटिंग के साथ लेजर-प्रेरित फायरिंग का एकीकरण
लेखक: Jingyun Zhang, Xi Xi, Jianbo Shao et al. (जियांगन विश्वविद्यालय + जियांग्सू जियांगहुआन टेक्नोलॉजी + DR Laser)
जर्नल: Solar Energy Materials and Solar Cells
वर्ष: 2026
DOI: 10.1016/j.solmat.2026.114198
