半片电池低损耗分离：TLS与Al₂O₃边缘钝化技术

随着TOPCon电池效率的持续提升，电池分离为半片后新产生的切割边缘会引入严重的载流子复合，导致效率损失。这一边缘复合问题在大尺寸、高性能电池上尤为突出，成为制约半片电池性能的关键因素。美能光伏即将带来全新的非接触式IV测试解决方案，助力电池提效迈上新台阶。

本文采用热激光分离（TLS）从正面切割M10规格的TOPCon母电池，并结合钝化边缘技术（PET），通过高通量等离子体增强原子层沉积在半片边缘制备6 nm的Al₂O₃钝化层并辅以退火激活。实验表明，无论采用AgAl浆料（无LECO）的经典路线，还是采用无铝Ag浆配合激光增强接触优化（LECO）的新路线，优化后的TLS切割效率损失仅略高于0.1%，而Al₂O₃边缘钝化可恢复约85%的伪填充因子切割损失，从而实现近乎无损的半片电池制备。

实验方案

实验流程示意图

实验分为两组，均采用工业级n型Cz-Si TOPCon母电池，M10伪方形（182 mm × 182 mm），16主栅。

Gr1（经典路线）：正面细栅使用Ag-Al浆料，不采用LECO。

Gr2（新路线）：正面细栅使用无Al的Ag浆料，并经过LECO处理。此外，其正面硼发射极也相应优化。

首先测试母电池的I-V特性。然后通过正面TLS将母电池切割为半片电池，再次测试。接着，将半片电池堆叠放入高通量PE-ALD原型设备中，在切割边缘沉积6 nm的Al₂O₃层，每批次约16,000片，工艺时间约1小时。最后，在强制对流烘箱中进行不同峰值温度的退火，并再次测试I-V特性。

所研究的M10规格n型直拉单晶硅TOPCon电池正面和背面的示例照片

母电池性能对比

Gr1母电池平均效率为24.2%，Gr2为24.8%。Gr2因采用Ag浆+LECO，平均VOC高出14 mV，平均pFF高出0.9%（绝对值），但平均RS也增加了0.17 Ω·cm²。

（a-d）不同状态下的TOPCon电池I-V数据：（1）整片电池，（2）TLS后的半片电池，（3-6）不同峰值温度下Al₂O₃边缘钝化和退火后的半片电池。Gr2在325°C退火温度下的平均串联电阻约为4 Ω·cm²。（e）不同退火温度下Al₂O₃边缘钝化对切割引起的pFF损失的恢复率

TLS切割损失

TLS切割后，两组电池的VOC损失都很小（平均仅-0.4 mV），主要损失体现在pFF上：Gr1下降0.57%（绝对值），Gr2下降0.67%（绝对值）。相应的效率损失分别为0.11%和0.13%（绝对值）。

边缘钝化与退火效果

在沉积Al₂O₃并进行不同温度退火后，两组电池的pFF均得到显著恢复。

Gr1：RS对温度不敏感，即使退火至325°C也保持稳定。在325°C退火下，pFF增益最大，几乎完全补偿了切割损失。

Gr2：当退火温度达到或超过300°C时，RS明显上升，VOC开始下降。但在250°C和275°C退火下，pFF增益同样几乎补偿了切割损失。这说明Gr2的正面接触热稳定性较差，因此需要针对其工艺历史优化退火温度。

pFF恢复率

通过（边缘钝化带来的pFF增益）/（切割造成的pFF损失）计算恢复率。Gr1在325°C下达到88%的恢复率，Gr2在较低温度下达到83%。甚至出现超过100%的恢复（325°C下Gr1），这可能源于退火对表面钝化的整体改善。

最终，两组电池的初始效率损失（约0.1%以上）均被Al₂O₃边缘钝化几乎完全补偿。

将TLS与高通量PE-ALD Al₂O₃边缘钝化相结合，可以在TOPCon半片电池上实现近乎无损的切割。无论采用Ag-Al浆料（无LECO）的经典路线，还是采用Ag浆+LECO的新路线，Al₂O₃边缘钝化均能恢复约85%的pFF切割损失，从而将TLS造成的效率损失（略高于0.1%）几乎完全弥补。这表明该技术路线具备在工业规模上生产高效TOPCon半片电池的潜力。

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原文参考：Low-Loss Singulation of TOPCon Half Solar Cells by TLS and Al2O3 Edge Passivation