한 번의 레이저 공정이 전면 은 페이스트의 혈통을 바꾸게 만든 방법

소개

2024년 이전에는 TOPCon 전면 은 페이스트가 거의 대부분 알루미늄 도핑이었습니다. 알루미늄은 유전체 층을 뚫는 데 도움을 주고, 접촉 저항을 낮추는 데 도움을 주었으며, 모두가 문제없이 사용하고 있었습니다. 그런데 LECO가 등장하면서 상황이 완전히 뒤집혔습니다. 알루미늄 프리 은 페이스트가 거의 하룻밤 사이에 주도권을 잡았고, 알루미늄 도핑 페이스트는 보조 역할로 밀려났습니다. 이후 모두가 알루미늄 프리 방향에 집중하며 페이스트 조성, 분자 설계, 공정 시너지에 대해 깊이 연구했습니다.

그렇다면 왜 하나의 레이저 공정이 은 페이스트 조성을 그렇게 크게 바꿀 수 있었을까요? 현장에서는 많은 사람들이 그런 일이 일어났다는 것은 알지만, 그 이유는 모릅니다. 이것을 이해하면 TOPCon 전면 소결을 실제로 이해하게 됩니다.

TOPCon 전면 금속화는 '재료가 접촉을 지배하는' 방식에서 '재료, 레이저, 에미터 및 핑거가 역할을 분담하는' 방식으로 전환되고 있습니다.

전면 구조에서 시작하기

일반적인 TOPCon 구조를 예로 들어보겠습니다. 전면은 일반적으로 다층 유전체 필름 스택, 예를 들어 SiOx, SiNx, AlOx로 구성됩니다. 일부 공정에서는 SiOxNy와 같은 기능성 층도 도입되며, 정확한 스택은 제조업체에 따라 다릅니다. 그 아래에는 붕소 확산 에미터가 있으며, 일반적인 접합 깊이는 0.8~1 마이크론에 불과합니다.

은 페이스트의 유리 프릿은 소결의 몇 초 동안 이러한 유전체 필름을 한 층씩 '먹어 들어가' 에미터 표면에 뿌리를 내려야 합니다. 여러 필름, 여러 관문. 각 층은 조성, 두께 및 밀도가 다릅니다. 유리 프릿에게 이들은 서로 다른 여러 요리이며, 각각 고유한 열이 필요합니다. 이것이 TOPCon 전면 소결 창이 자연스럽게 좁은 구조적 이유입니다: 하나의 필름을 소결하는 것이 아니라 여러 필름을 소결하는 것입니다.

알루미늄 도핑 시대: 알루미늄은 양날의 검

은 페이스트가 실제로 실리콘과 어떻게 연결될까요? 대략 이렇습니다. 유리 프릿이 녹아 유전체 막을 층층이 식각해 엽니다. 650°C를 넘으면 은은 용융 유리 속으로 용해되기 시작합니다. 2016년 NREL과 SLAC은 in-situ X선으로 이를 실시간 촬영했습니다: 700°C에서 단 10초 만에 은의 70%가 유리 상으로 용해되었습니다. 용해된 은 이온은 유리를 따라 이미터 표면으로 이동하고, 실리콘과 산화-환원 반응을 일으켜 다시 금속성 은으로 석출되며 '은 스파이크' 줄을 이룹니다. 냉각되면 수 나노미터 크기의 은 결정이 유리 내부에 석출되어 전류를 전달하는 전도 채널을 형성합니다.

간단히 말하면: 전면 소성은 은을 유리 속으로 통과시켜 이미터 내부에 뿌리내리게 하는 것입니다.

이 과정에서 알루미늄의 역할은 매우 실질적입니다. 알루미늄은 유전체 층을 태워 뚫는 데 도움을 주고 접촉 저항을 낮춥니다. 그러나 알루미늄은 지뢰도 심습니다. 붕소 이미터 접합 깊이는 0.8~1 마이크론에 불과합니다. 은 스파이크는 저저항 접촉을 형성할 만큼 깊이 들어가야 하지만 p-n 접합을 뚫어서는 안 됩니다. 알루미늄은 유리 상 반응, 계면 식각, 금속 석출 거동을 변화시킵니다. 특정 공정 시스템에서는 알루미늄 개입이 과도하면 접촉 과소성 및 이미터 손상 위험이 높아질 수 있습니다. 그리고 알루미늄의 부채는 이 패시베이션 계정 하나만이 아닙니다. 고온 소성 중 금속 핑거는 처지고 퍼집니다. 소성 후 핑거는 더 넓고 짧아져 차광 면적이 늘어나고 광학 손실도 증가합니다. 알루미늄 도핑 시대에는 두 가지 나쁜 장부가 있습니다: 계면은 알루미늄에 의해 손상되고, 핑거는 불에 타는 것입니다.

한 줄로 요약: 알루미늄 도핑 시대는 접촉을 위해 알루미늄의 무력을 사용하고 패시베이션과 광학으로 대가를 치렀습니다.

LECO가 등장하자 상황이 바뀌었습니다

LECO(레이저 강화 접촉 최적화)는 2016년 Cell Engineering에서 처음 제안되었습니다. 2023-2024년에 TOPCon 양산에 도입되어 현재 업계 표준 구성이 되었습니다. 그 의미는 '레이저 공정 하나가 추가된 것'이 아닙니다. 그 의미는 전면 접촉 형성 메커니즘을 재분배한다는 것입니다. 처음으로 접촉 형성의 주도권이 부분적으로 페이스트의 손에서 벗어나 레이저에 주어졌으며, 레이저는 접촉 계면에서 정밀한 국소 처리를 수행하여 접촉을 '활성화'합니다. 알루미늄이 하던 일을 레이저도 할 수 있으며, 패시베이션을 손상시키지 않으면서 더 정밀하게 수행합니다.

알루미늄을 제거하면, 전면에서 가장 큰 위험 요소인 알루미늄 관통으로 인한 붕소 이미터 패시베이션 파괴가 원천적으로 사라집니다. 이것이 업계에서 말하는 '빅 점프'입니다: 알루미늄 도핑 실버 페이스트에서 알루미늄 프리 실버 페이스트로 바로 전환되며, 그 사이에 전이 상태가 거의 없습니다.

여기 사람들이 가장 쉽게 오해하는 핵심이 있습니다: 알루미늄 프리 실버 페이스트는 단순히 '알루미늄을 빼는 것'이 아닙니다. 알루미늄을 빼면, 유전체 층을 뚫는 작업은 전적으로 글라스 프릿에 맡겨지고, 접촉 형성은 LECO에 맡겨집니다. 알루미늄 프리 페이스트의 글라스 조성, 은 분말 형태, 소결 온도 창은 모두 재설계되어야 합니다. 알루미늄 제거는 하나의 오래된 문제를 두 개의 새로운 문제로 나누고, 그것들을 하나씩 해결합니다.

알루미늄 프리 이후, 싸움은 '내공'에 관한 것입니다

알루미늄 프리 실버 페이스트는 결승선이 아니라 출발선입니다. 지난 2년 동안, 모두가 알루미늄 프리 방향으로 정련하며 페이스트 자체의 '내공'을 갈고 닦았습니다. 올해 8월, 닝보 재료 연구소의 예지춘 팀은 JA Solar 및 저장 광다 일렉트로닉스와 함께 26.31% 전면 금속화 작업을 Matter에 발표했습니다. 이것이 이 내공 물결의 최신 쇼케이스입니다.

26.31% 효율의 TOPCon 태양전지, 광학 차폐 및 접촉 저항 손실을 줄이는 시너지 금속화로 구현, https://doi.org/10.1016/j.matt.2026.102965

풀어보면, 알루미늄 시대에는 아무도 감히 생각조차 못 할 두 가지를 했습니다.

첫째, 실버 페이스트를 '컨포멀'하게 만들었습니다. 페이스트 내 폴리머 틱소트로픽 네트워크의 가역적 항복 및 재구축 메커니즘에서 출발하여, 폴리머 네트워크와 분자간 수소 결합 네트워크의 분자 구성을 재설계하여, 페이스트가 인쇄 후 '서 있을' 수 있게 했습니다. 인쇄된 핑거의 종횡비는 55%에 도달하여 핑거가 높고 좁습니다. 이 숫자를 과소평가하지 마십시오. 고온 소결이 가장 두려워하는 것은 핑거의 처짐과 퍼짐입니다. 55%의 종횡비는 차폐가 급격히 감소하고 광학 손실의 큰 부분을 절약한다는 것을 의미합니다. 이것은 페이스트 수준의 '영리한 힘'이며, 알루미늄의 무식한 힘이 아니라 유변학 설계입니다.

둘째, 접촉을 '점 위치'로 만들었습니다. 그들의 맞춤형 LECO 공정은 단일 주파수 레이저가 전면 핑거를 연속적으로 스캔하는 동안 셀에 역방향 바이어스를 인가합니다. 캐리어 주입은 국부적인 줄 열을 유발하여 피라미드의 어깨 부분에 반구형 Pb-Ag/Si 합금 접촉을 형성합니다. 세 가지 키워드에 주목하세요: 낮은 침투, 낮은 저항, 분리된 지점. 금속-반도체 접촉 반응은 미세한 지점에 국한되며, 기존 소결처럼 전체 표면이 "번아웃"되지 않습니다. 알루미늄 유도 격자 손상이 사라지고, 금속 유도 재결합 손실이 크게 줄어듭니다.

닝보 연구소 결과: 26.31% 제3자 인증 효율, 단락 전류 밀도 41.98 mA/cm², 대면적 TOPCon 셀의 Jsc 인증 기록을 세웠습니다. 이 Jsc 증가는 본질적으로 더 강한 소결이 접촉을 "번아웃"시키는 것이 아니라, 핑거 차광과 계면 재결합이라는 양쪽 끝의 손실을 동시에 "절약"하는 데서 비롯됩니다.

전면은 페이스트만의 전장이 아니다

그 Nature Energy 26.66% 작업을 다시 살펴보세요. 많은 사람들이 뒷면의 이중층 폴리-Si만 주목하지만, 전면도 개선 대상이며 그 논리는 Matter 작업과 동일합니다.

전면에서 붕소 이미터 시트 저항이 일반적인 215 Ω/sq에서 430 Ω/sq로 높아졌습니다. 더 높은 시트 저항은 더 나은 패시베이션(소수 캐리어 수명이 0.70 ms에서 1.12 ms로 증가, 암포화 전류 밀도가 9에서 5 fA/cm²로 감소)을 의미하지만, 접촉 형성이 더 어려워집니다. 해결책은 두 가지 방향으로 진행됩니다. 핑거는 20 μm에서 10 μm로 좁아지고, 피치는 1120 μm에서 825 μm로 조밀해져, 더 조밀하고 미세한 핑거를 사용하여 높은 시트 저항의 측면 수송 손실을 보상하고, 단위 면적당 은 사용량을 약 1/3 줄입니다. 다른 방향은 접촉 활성화 공정에 의존하여 금속화 단계에서 높은 시트 저항 접촉 문제를 해결합니다.

더 흥미로운 것은 두 작업을 나란히 놓는 것입니다. 같은 팀. Nature Energy 뒷면에서 "은을 차단"하고, Matter 전면에서 "알루미늄을 제거"합니다. 하나는 전면, 하나는 후면, 둘 다 "금속화에서의 뺄셈"입니다. 알루미늄 시대의 '힘으로 뚫고, 패시베이션으로 갚는' 전략은 체계적으로 폐기되고 있으며, 그 자리를 대체하는 것은: 정교한 페이스트, 정밀 위치 레이저, 미세한 핑거, 두꺼운 패시베이션입니다.

다음 전투: 은 사용량 더 줄이기

무알루미늄은 '패시베이션 손상' 문제를 해결했지만, 다음 단계의 원가 절감과 효율 향상은 '은 함량 줄이기'입니다.

무알루미늄 은 페이스트가 '패시베이션을 손상시키지 않고 접촉하는 방법'을 해결했다면, 은 코팅 구리, 저은 페이스트, 심지어 순수 구리 금속화는 다음 문제를 해결하는 것입니다: 은을 덜 사용하는 방법.

DK일렉트로닉은 구리 기반 저은 금속화 솔루션을 개발했으며, 선도 고객과 협력하여 TOPCon 셀에서 최초로 양산에 도달했습니다. 징코솔라는 순수 구리 페이스트, 니켈 페이스트 및 기타 비귀금속 전도성 페이스트를 연구하고 있습니다. LONGi의 ACM 금속화 솔루션은 이미 시장에 출시되었습니다.

2026년, 무은 전환은 '연구 방향'에서 '산업화 경쟁'으로 전환되었습니다.

무알루미늄 은 페이스트는 '패시베이션을 손상시키지 않는 방법'을 해결했고, 고구리/순수 구리 페이스트는 '은을 덜 사용하는 방법'을 해결해야 합니다. 다음 전투는 이미 시작되었습니다.

라인에 가져갈 세 가지 핵심 포인트

첫째, 무알루미늄은 노력을 줄이는 것이 아니라 전략을 바꾸는 것입니다. '알루미늄이 대신 뚫어주는 것'에서 '포뮬러와 레이저 시너지'로. 이것을 이해하면 공정 창이 여전히 좁은 이유를 알 수 있습니다. 이제 뚫기와 접촉은 두 개의 독립적인 메커니즘이 작동하여 더 긴밀한 조정이 필요하기 때문입니다.

둘째, 전면 소결 창을 조정하기 전에 먼저 앞에 몇 개의 막이 있고 각각이 무엇인지 파악하십시오. 서로 다른 스택의 '관통' 시간은 합산됩니다. 퍼니스 곡선의 피크만 바라보지 말고, 각 막에 맞는 온도 대역과 반응 시간을 주시하십시오.

셋째, 전면 효율의 세 가지 장부는 이제 별도로 계산됩니다. 핑거는 차광(종횡비가 핵심)을 담당하고, 페이스트와 LECO는 접촉을 담당하며, 시트 저항과 패시베이션 막은 재결합을 담당합니다. 어느 장부가 균형을 이루지 못하면 효율이 거기서 막힙니다. 미래에는 이 장부에 네 번째 항목이 추가될 것입니다: 은 함량.

Ooitech의 견해

이러한 변화를 지켜보며 우리가 주목하는 점은 프런트사이드 공정이 더 이상 단일 핵심 소재가 전체 접점을 담당하는 방식이 아니라는 것입니다. LECO, 더 미세한 핑거, 더 높은 시트 저항, 더 두꺼운 패시베이션이 이제 역할을 분담하며, 이는 모듈 라인이 업스트림 셀 입력과 다운스트림 스트링잉을 어떻게 고려해야 하는지를 바꿉니다. 턴키 모듈 생산 라인을 구축하는 우리 입장에서는 여기서 언급된 10 μm 및 55%와 같은 종횡비와 핑거 폭이 탭버-스트링어 및 인터커넥션 설정에 직접적인 영향을 미치므로, 셀 금속화 트렌드는 단지 셀 제조사의 관심사만은 아닙니다. 이러한 창을 확장할 때 실제로 무엇이 먼저 문제를 일으키는지 라인 엔지니어들의 의견을 듣고 싶습니다. 더 실용적인 태양광 공장 콘텐츠를 원하시면, 저희 YouTube 채널을 확인해 보세요. www.youtube.com/ooitech 을(를) 팔로우할 가치가 있습니다.