全球能源转型加速下，晶体硅太阳电池仍占据超95%市场份额，其中TOPCon技术凭借隧穿氧化硅/多晶硅钝化接触结构成为产业化主流，最高效率已达26.4%。然而，传统丝网印刷银浆成本高、碳足迹大，电镀Ni/Cu金属化虽具备无银化、细线宽、低串联电阻等优势，却因前道激光开槽导致晶格损伤，造成开路电压损失。激光诱导烧火（LIF）在丝印电池中已被证实可有效降低接触电阻、提升效率，但在电镀TOPCon电池中尚未系统应用。美能TLM接触电阻测试仪是专用于太阳能电池电极优化中关键电学参数提取的高精度分析设备，具备接触电阻率与栅线电阻双重测试功能。为TOPCon电池等高效结构的电极材料优化与工艺改进提供可靠的量化依据。

本研究系统探讨了激光诱导烧火技术与镍/铜电镀工艺在隧穿氧化层钝化接触（TOPCon）太阳能电池金属化中的集成应用。通过对不同激光诱导烧火施加节点、反向电压参数及工艺顺序的全面优化，揭示了激光诱导烧火对电镀镍/铜电极界面接触性能、载流子复合行为及整体电学性能的调控机制，并首次提出采用激光诱导烧火替代传统镍低温烧结的创新技术路径。

实验方法

具有Ni/Cu金属化电极的TOPCon电池结构

Ni/Cu电镀电极TOPCon电池的制备工艺流程

激光诱导烧火工艺原理示意图

本研究所用n型TOPCon电池基片，采用182.20 mm × 186.75 mm单晶硅片，厚度135 μm，电阻率0.6～1.2 Ω·cm，少数载流子寿命约180±100 μs。Ni/Cu电极电镀工艺。电池制备流程包括：制绒、硼扩散（发射极深度800 nm）、背面隧穿氧化层（~2.0 nm）及掺磷非晶硅（90 nm）沉积、高温退火（900 °C）转化为多晶硅层、正面AlOₓ（4.0 nm）及双面SiNₓ钝化层沉积、355 nm皮秒激光开槽形成电极图形、700 °C退火2分钟修复激光损伤、HF清洗、Ni电镀、低温烧结、Cu电镀。

LIF对Ni/Cu电镀TOPCon电池电性能的影响

在AM1.5G、1000 W/m²、25 °C条件下，未经LIF处理及不同反向电压LIF处理样品的电性能：（a）开路电压Voc（b）短路电流密度Jsc（c）填充因子FF（d）转换效率PCE（e）串联电阻Rs（f）并联电阻Rsh

（a）扩散暗饱和电流密度J01（b）复合暗饱和电流密度J02

拉曼光谱三高斯峰拟合示意图

未经LIF及不同反向电压LIF处理下的结晶度分析

未经LIF处理的Ni/Cu电镀TOPCon电池基准效率为24.29%，开路电压696.27 mV，短路电流密度42.67 mA/cm²，填充因子81.74%。与丝印电池相比，电镀电池开路电压出现明显损失，主要源于激光开槽引入的残余晶格损伤。

为修复损伤并改善界面接触，在完成Cu电镀后引入LIF处理，并设置反向偏压梯度（8～18 V）。结果表明，LIF可显著提升电池各项电参数。随着反向电压升高，填充因子、转换效率及短路电流密度均呈先升后降趋势，开路电压略有提升但幅度较小。在14 V反向电压下，串联电阻由1.51 mΩ降至1.16 mΩ（相对降低23.17%），并联电阻由3147 Ω升至4941 Ω（相对提升57.01%），电池效率绝对值提升0.401%，开路电压提升0.32 mV，短路电流密度提升0.07 mA/cm²，填充因子绝对值提升1.22%。

暗饱和电流密度分析表明，在8～14 V范围内，J01基本保持不变，J02逐渐下降，于14 V时达到最低值，说明界面复合得到显著抑制；而在16～18 V高电压下，J01略有上升，急剧增大，短路电流密度随之下降，反映出过高反向电压引发的过度焦耳热已导致新生热损伤。

拉曼光谱结晶度分析进一步印证了这一趋势：LIF可在传统高温退火修复的基础上，将电极下方硅结晶度进一步提升0.76%～1.84%（绝对值），14 V时修复效果最佳；而16～18 V下热损伤加剧，结晶度回落，开路电压随之下降。

LIF在电镀流程中的引入时机

电镀工艺中LIF可能引入时机的示意图（A、B、C三组）

三组不同LIF引入位置的电性能对比（Voc、Jsc、FF、PCE、Rs、Rsh）

三组不同LIF引入位置的暗饱和电流密度（J01、J02）分析

三组及基准组的电极下方硅结晶度分析

鉴于电镀Ni/Cu电极制备包含Ni电镀、低温烧结、Cu电镀三个关键步骤，本文将LIF分别引入三个节点：Ni电镀后、低温烧结前（A组）；低温烧结后、Cu电镀前（B组）；Cu电镀后（C组）。所有组别均采用14 V/45 W LIF参数。

电性能对比显示：C组表现最优，B组次之，A组最差。Suns-Voc测试及拉曼结晶度分析表明，A组因在LIF形成欧姆接触后再次经历低温烧结，二次热处理引入额外界面缺陷，导致J01、J02均为最高，结晶度最低（约95.6%）。B组在低温烧结形成Ni-Si合金后经LIF修复，结晶度显著高于A组（约96.45%），但由于电极仍仅为Ni层、电阻较高，LIF时焦耳热过大，修复效果仍受限。C组因Cu层已沉积完毕，电极电阻较低，LIF时热场分布更为均匀，接触界面平滑且微缺陷得以有效修复。

A组与B组在不同反向电压LIF处理下的电性能（Voc、Jsc、FF、PCE）

针对A组与B组，进一步优化反向电压（2～14 V）。A组最佳性能出现在8 V：此时LIF与低温烧结协同作用，填充因子达82.89%，效率达24.689%；14 V时性能下降，与前述二次热损伤结论一致。B组整体变化平缓，8 V时开路电压、短路电流密度、填充因子及效率均达到小峰值，14 V时仍略优于A组但劣于C组。

LIF替代传统镍烧结的可行性研究

D组与A、B组电性能对比（Voc、JscJ、FF、PCE）

不同工艺（低温烧结、LIF、LIF+烧结等）制备的电池结晶度对比

不同制造工艺（O、A、B、C、D组）电池接触电阻横向均匀性分布

基于A组在8 V下LIF已形成良好欧姆接触、后续低温烧结增益甚微甚至产生负面影响这一发现，本研究尝试省去低温烧结步骤，即在Ni电镀后直接进行LIF处理（45 W/8 V），随后电镀Cu，记为D组。I-V测试显示，D组电性能优于A、B组，与C组相当。拉曼结晶度分析表明，D组LIF后硅结晶度高于传统低温烧结组，这是因为LIF瞬时温度远高于烧结温度，可形成更稳定的NiSi相。

D组工艺（Ni-LIF-Cu）在不同反向电压（2~12 V）下的电性能对比（Voc、Jsc、FF、PCE）

进一步采用TLM法对比各组接触电阻横向分布均匀性。未LIF处理的基准组（O组）边缘与中心接触电阻差值达3.53 Ω，源于烧结炉温度场不均；A组差值为2.05 Ω，B组1.46 Ω，C组1.54 Ω，而D组差值仅0.45 Ω，且平均接触电阻最低。D组优异均匀性归因于LIF逐点逐线扫描、能量注入高度一致的工艺本质，从根本上避免了传统烧结炉宏观温场不均问题。

针对D组工艺，进一步优化LIF反向电压（2～12 V）。最佳性能出现在6 V：开路电压696.72 mV，短路电流密度42.80 mA/cm²，填充因子82.96%，转换效率24.74%。相较于未LIF处理的传统低温烧结电镀TOPCon电池，效率绝对值提升0.45%，开路电压提升0.86 mV。
本文系统研究了LIF技术在Ni/Cu电镀TOPCon太阳电池中的应用。LIF可显著降低电镀Ni/Cu电极接触电阻、抑制界面复合、修复激光残余损伤，使电池转换效率绝对值提升0.401%，开路电压恢复0.32 mV。通过调控LIF在电镀流程中的引入节点及反向电压，确定Cu电镀后14 V为最优工艺窗口。在此基础上，首次提出以LIF完全替代传统Ni低温烧结，采用Ni电镀→LIF（6 V）→Cu电镀工艺路线，电池平均效率达24.74%，开路电压达697.0 mV，接触电阻横向不均匀度降至0.45 Ω。LIF凭借其微观局域、能量精准、热场均匀的本质优势，在接触界面调控精度及均匀性方面展现出超越传统烧结工艺的巨大潜力，为高性能TOPCon电池金属化提供了一条极具前景的技术路径。

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原文参考：Integration of laser-induced firing with Ni/Cu plating for TOPCon solar cell metallization