TOPCon कॉपर प्लेटिंग एक और कदम आगे: LIF सिंटरिंग की जगह लेता है, दक्षता +0.45% abs., Voc क्षति की मरम्मत
परिचय
पिछले अध्ययन से एक नई सफलता तक
कल हमने TOPCon कॉपर प्लेटिंग पर जियांगनान विश्वविद्यालय के एक पेपर पर चर्चा की: लेज़र ग्रूविंग सिलिकॉन को नुकसान पहुंचाती है, क्रिस्टलीयता 30 प्रतिशत अंक गिर जाती है, और इसे ठीक करने के लिए एनीलिंग की आवश्यकता होती है। उस पेपर ने निष्कर्ष निकाला कि 750°C एनीलिंग + HF सफाई दक्षता को 23.41% से वापस 24.85% तक बहाल कर सकता है।
लेकिन उत्पादन लाइन पर कोई भी जानता है कि 750°C एनीलिंग स्वयं एक हाइड्रोजन-प्रेरित ब्लिस्टर जोखिम वहन करता है — तापमान विंडो बेहद संकीर्ण है। 775°C से ऊपर पिछली पैसिवेशन परत फफोले करती है, और 800°C पर परिणाम बिना एनीलिंग से भी बदतर होता है।
क्या कोई बेहतर तरीका है?
2026 में जियांगनान विश्वविद्यालय + जियांग्सू शियांगहुआन + DR लेज़र द्वारा प्रकाशित एक दूसरा पेपर एक नया उत्तर प्रदान करता है: पारंपरिक कम तापमान सिंटरिंग को बदलने के लिए LIF (लेज़र-इंड्यूस्ड फायरिंग) का उपयोग करें, साथ ही लेज़र क्षति की मरम्मत करें।
परिणाम: दक्षता में सुधार +0.45% abs., Voc लाभ 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 करती है
मानक TOPCon Ni/Cu प्लेटिंग प्रवाह:
लेज़र ग्रूविंग → क्षति मरम्मत के लिए उच्च तापमान एनीलिंग → HF सफाई → Ni प्लेटिंग → कम तापमान सिंटरिंग → Cu प्लेटिंग
दो दर्द बिंदु:
लेज़र ग्रूविंग सिलिकॉन को नुकसान पहुंचाती है: जैसा कि पिछले लेख में चर्चा की गई, क्रिस्टलीयता 99.3% से गिरकर 69.8% हो जाती है, जिसकी मरम्मत के लिए उच्च तापमान एनीलिंग की आवश्यकता होती है।
पारंपरिक कम तापमान सिंटरिंग गैर-समान है: भट्ठी पूरे सेल को गर्म करती है, किनारे तेजी से गर्मी खोते हैं जबकि केंद्र अधिक गर्म रहता है, जिससे संपर्क प्रतिरोध किनारों पर उच्च और केंद्र में कम होता है — गैर-समान धारा संग्रह FF को नुकसान पहुंचाता है।
इस नए पेपर की मुख्य सफलता: प्लेटिंग प्रवाह में LIF डालने से एक पत्थर से दो शिकार होते हैं — यह गैर-समान कम तापमान सिंटरिंग को बदलता है और लेज़र क्षति की मरम्मत में सहायता करता है।
2. LIF क्या है, और यह पारंपरिक सिंटरिंग से कैसे अलग है?
भट्ठी हीटिंग बनाम पॉइंट-टू-पॉइंट वेल्डिंग
पारंपरिक कम तापमान सिंटरिंग: पूरे सेल को भट्ठी में रखें और 200–400°C पर बेक करें। समस्या असमान हीटिंग है — किनारे तेजी से ठंडे होते हैं, केंद्र अधिक गर्म होता है, और संपर्क प्रतिरोध पूरे सेल में काफी भिन्न होता है।
LIF (लेज़र-इंड्यूस्ड फायरिंग): एक 1064nm इन्फ्रारेड लेज़र सेल के सामने तेजी से स्कैन करता है जबकि एक रिवर्स बायस (2–18V) लगाया जाता है। लेज़र फोटोजनरेटेड वाहकों को उत्तेजित करता है, रिवर्स बायस उन्हें दिशात्मक रूप से चलाता है, धातु-सिलिकॉन इंटरफ़ेस पर सटीक स्थानीयकृत जूल हीटिंग उत्पन्न करता है.
एक वाक्य में अंतर: पारंपरिक सिंटरिंग "पूरे सेल को बेक करना" है, LIF "पॉइंट-टू-पॉइंट वेल्डिंग" है। LIF केवल ग्रिडलाइन के नीचे संपर्क क्षेत्र को गर्म करता है, बाकी सब कुछ थर्मल रूप से अप्रभावित छोड़ देता है।
3. LIF कॉपर-प्लेटेड सेल पर कितनी अच्छी तरह काम करता है?
14V पर स्वीट स्पॉट ढूँढना
पेपर पहले एक बेसलाइन प्रयोग चलाता है: उन सेल पर विभिन्न रिवर्स बायस वोल्टेज पर LIF लागू करें जिन्होंने पहले ही Ni/Cu प्लेटिंग पूरी कर ली है।
| LIF रिवर्स वोल्टेज | Pmax | ओपन सर्किट वोल्टेज | फिल फैक्टर | सीरीज रेज़िस्टेंस |
|---|---|---|---|---|
| कोई LIF नहीं (बेसलाइन) | 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% abs., FF लाभ 1.22%, Rs में 23% की कमी।
उच्च वोल्टेज चीजों को बदतर क्यों बनाता है?
पेपर डार्क सैचुरेशन करंट डेंसिटी J01 और J02 को मापने के लिए Suns-Voc का उपयोग करता है:
J01 (pn-जंक्शन पुनर्संयोजन का प्रतिनिधित्व करता है): वोल्टेज के साथ थोड़ा बदलता है
J02 (धातु-सिलिकॉन इंटरफ़ेस पुनर्संयोजन का प्रतिनिधित्व करता है): 14V पर सबसे कम, 16–18V पर बढ़ जाता है
अनुवाद: बहुत अधिक वोल्टेज का मतलब अत्यधिक जूल हीटिंग है, और इंटरफ़ेस "वेल्डेड टू डेथ" हो जाता है। विंडो लगभग 14V के आसपास है।
4. LIF लेज़र क्षति की मरम्मत क्यों कर सकता है?
रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी रहस्य को उजागर करती है
पेपर ने एक महत्वपूर्ण प्रयोग चलाया: प्लेटेड धातु को हटा दें और ग्रिडलाइन के नीचे सिलिकॉन की क्रिस्टलीयता मापने के लिए रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करें।
| शर्त | क्रिस्टलीयता |
|---|---|
| कोई LIF नहीं (केवल उच्च तापमान एनीलिंग मरम्मत) | ~95% |
| LIF 8–14V | +0.76% ~ 1.84% |
| LIF 16–18V | कम हो जाती है |
उच्च तापमान एनीलिंग के शीर्ष पर, LIF क्रिस्टलीयता को और बढ़ा देता है।
तंत्र: LIF एक स्थानीयकृत तात्कालिक उच्च तापमान उत्पन्न करता है (पारंपरिक एनीलिंग तापमान से कहीं अधिक) जो अनाकार सिलिकॉन को अधिक पूरी तरह से पुनर्क्रिस्टलीकृत 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 सीमा संकीर्ण है, और 775°C से ऊपर पीछे की पैसिवेशन में छाले पड़ जाते हैं। LIF स्थानीय हीटिंग है; पीछे का भाग प्रभावित नहीं होता, इसलिए तापमान अधिक जा सकता है और मरम्मत प्रभाव बेहतर होता 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 समयों 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 बिल्कुल अंत में रखा जाए — 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 धारा वितरण अधिक समान होता है, जूल हीटिंग अधिक समान होता है, और इंटरफ़ेस संपर्क अधिक अच्छी तरह 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 मार 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 डिज़ाइन किया (समूह D): Ni प्लेटिंग → LIF (8V) → सीधे Cu प्लेटिंग, कम तापमान सिंटरिंग चरण को छोड़ते हुए।
परिणाम:
| समूह | प्रक्रिया | Pmax | संपर्क प्रतिरोध एकरूपता (किनारे–केंद्र अंतर) |
|---|---|---|---|
| O | पारंपरिक सिंटरिंग, कोई LIF नहीं | 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 (कोई सिंटरिंग नहीं) | 24.74% | 0.45Ω |
समूह D का संपर्क प्रतिरोध एकरूपता पारंपरिक सिंटरिंग वाले प्रत्येक समूह को पीछे छोड़ देता है।
क्यों?
पारंपरिक सिंटरिंग भट्टियां असमान रूप से गर्म करती हैं — किनारे तेजी से गर्मी खोते 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, स्वभाव से एकसमान.
LIF वोल्टेज को और अनुकूलित करके 6V, समूह D की दक्षता पहुँचती है 24.74%, Voc पहुँचता है 696.72mV — +0.45% abs. अधिक दक्षता और +0.86mV अधिक Voc पारंपरिक सिंटरिंग + कोई LIF आधार रेखा से।
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 का 750°C एनीलिंग एक संकीर्ण तापमान सीमा और पीछे की तरफ छाले का जोखिम था। LIF स्थानीय रूप से गर्म करता है, पीछे का भाग सुरक्षित रहता है, और मरम्मत अधिक प्रभावी होती है।
2. एक प्रक्रिया चरण बचाया जाता है, लेकिन उपकरण निवेश का मूल्यांकन 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 कोटेशन पर निर्भर करता है।
3. संपर्क प्रतिरोध एकरूपता छिपा हुआ लाभ है। पारंपरिक सिंटरिंग में किनारे से केंद्र तक संपर्क प्रतिरोध अंतर 3.53Ω है; LIF दृष्टिकोण इसे घटाकर 0.45Ω कर देता है। बेहतर एकरूपता का अर्थ है अधिक समान धारा संग्रह, उच्च FF, और मॉड्यूल स्तर पर कम हॉट-स्पॉट जोखिम।
लेकिन बड़े पैमाने पर उत्पादन की बाधाएं बनी हुई हैं:
LIF उपकरण निवेश: सिंटरिंग भट्टी को बदलने के दौरान, आप एक लेज़र + बिजली आपूर्ति + नियंत्रण प्रणाली जोड़ते हैं। उपकरण विक्रेता मूल्य निर्धारण अर्थशास्त्र तय करता है।
लाइन एकीकरण जटिलता: LIF को प्लेटिंग लाइन के साथ सहजता से जुड़ना चाहिए, और चक्र समय मिलान (पेपर 20 m/s स्कैन गति का उपयोग करता है) को सत्यापन की आवश्यकता है।
GW-स्तर की 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 पश्च-संपर्क | सामने + पीछे |
| लेज़र ग्रूविंग आवश्यक | नहीं | हाँ |
| लेज़र क्षति मुद्दा | कोई नहीं | हाँ, लेकिन LIF एक साथ क्षति की मरम्मत और संपर्क को अनुकूलित कर सकता है |
| धातुकरण प्रक्रिया | Cu/Ni/Sn चढ़ाना | Ni/Cu चढ़ाना + LIF |
| बड़े पैमाने पर उत्पादन की स्थिति | पहले से ही बड़े पैमाने पर उत्पादन में | प्रयोगशाला / पायलट |
Aiko की BC आर्किटेक्चर स्वाभाविक रूप से लेज़र-ग्रूविंग के नुकसान 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
चीजें कहां खड़ी हैं
जियांगनान विश्वविद्यालय का यह नया पेपर एक बात साबित करता है: TOPCon कॉपर प्लेटिंग में लेज़र क्षति को न केवल ठीक किया जा सकता है, बल्कि LIF इसे पारंपरिक एनीलिंग से बेहतर ढंग से ठीक करता है - और इसके 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 संख्याएं 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 बदलना TOPCon कॉपर प्लेटिंग के बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए "अंतिम किक" है, या सिर्फ एक "प्रयोगशाला-पक्ष का केक पर आइसिंग"?
संदर्भ जानकारी:
शीर्षक: TOPCon सौर सेल धातुकरण के लिए लेज़र-प्रेरित फायरिंग का Ni/Cu चढ़ाना के साथ एकीकरण
लेखक: Jingyun Zhang, Xi Xi, Jianbo Shao et al. (जियांगनान विश्वविद्यालय + जियांग्सू जियांगहुआन टेक्नोलॉजी + DR लेज़र)
जर्नल: Solar Energy Materials and Solar Cells
वर्ष: 2026
DOI: 10.1016/j.solmat.2026.114198
