研究背景

无银化的挑战与机遇 在“双碳”目标下，光伏产业正加速向高效低碳转型。目前主流的TOPCon电池仍依赖丝网印刷银浆，不仅成本高昂，且银的开采与提纯碳足迹较高。电镀Ni/Cu技术因其无银、低成本、栅线更细（约10.0 μm）等优势，成为极具潜力的替代方案。

然而，电镀工艺在实际应用中面临挑战： 开路电压损失：电镀前的激光开槽工艺会造成硅晶格损伤，导致Voc下降。 接触电阻：如何获得高质量的金属/硅接触是提升填充因子（FF）的关键。

激光诱导烧结（LIF）技术此前在PERC电池中已有成熟应用，它通过局部高强度激光脉冲配合反向电压，产生焦耳热来优化接触。本研究旨在探索LIF是否能解决电镀TOPCon电池的痛点，并寻找其在工艺流程中的最佳切入点。

实验方法与工艺流程

研究团队采用182.2mm × 186.75mm的n型TOPCon电池片作为基底。实验核心在于将LIF技术集成到电镀Ni/Cu电极的制备流程中。

主要工艺步骤如下： 前道工序：制绒、硼扩散（发射极）、隧穿氧化层与多晶硅沉积、背/正膜层沉积。 电极制备： 使用355nm皮秒激光进行开槽。 电镀镍（Ni）。 变量环节：引入LIF处理（不同电压、不同工序位置）或传统低温烧结。 电镀铜（Cu）。

LIF处理参数：使用1064nm红外激光，功率45W，扫描速度20m/s，同时施加2V至18V的直流反向电压。

[图1：Ni/Cu电镀电极的TOPCon太阳能电池结构示意图]

[图2：Ni/Cu电镀电极TOPCon电池的制备工艺流程图]

[图3：LIF工艺原理示意图（显示激光照射与反向电压下的电子/空穴移动）]

结果与讨论

3.1 LIF对电镀TOPCon电池性能的显著提升

研究首先在完整的“Ni电镀 -> 低温烧结 -> Cu电镀”工艺后引入LIF处理。结果显示，施加反向电压后，电池性能呈现先升后降的趋势。

最佳参数：在14V反向电压下，电池性能达到最优。与未经过LIF处理的样品相比，效率（PCE）提升了0.401%（绝对值），FF提升了1.22%，Voc提升了0.32 mV。 机制分析： 接触电阻降低：LIF产生的局部焦耳热促进了Ni与Si的接触，串联电阻（Rs）从1.51 mΩ降至1.16 mΩ。 损伤修复：Suns-Voc测试表明，复合电流密度J02在8-14V范围内显著下降，说明LIF有效改善了金属/硅界面的复合问题。 结晶度提升：拉曼光谱分析显示，LIF处理后电极下方的硅结晶度提高了0.76%~1.84%，证明LIF起到了类似于“退火”的作用，修复了电镀前的激光损伤。

[图4：不同LIF电压下电池的电性能参数变化趋势图（Voc, Jsc, FF, PCE等）]

[图5：不同LIF电压下的暗饱和电流密度J01和J02分析图]

[图7：不同LIF电压处理后的电极下方硅结晶度变化图]

3.2 LIF引入的最佳时机：

铜电镀之后 由于电镀工艺包含多步，LIF应在何时引入？研究对比了三种方案： A组：Ni电镀 -> LIF -> 烧结 -> Cu电镀 B组：Ni电镀 -> 烧结 -> LIF -> Cu电镀 C组：Ni电镀 -> 烧结 -> Cu电镀 -> LIF

研究发现： C组（最后一步做LIF）性能最好。这是因为Cu层的存在大幅降低了电阻，使得LIF过程中的焦耳热分布更均匀，避免了局部过热损伤。 A组性能最差。先做LIF虽然形成了欧姆接触，但随后的低温烧结过程破坏了这一接触，引入了新的缺陷。 B组次之。虽然优于A组，但由于缺乏Cu层导热，容易产生过量热损伤。

[图8：LIF在电镀工艺中不同插入位置的示意图（A/B/C方案）]

[图9：三种不同LIF插入位置下的电池电性能对比图]

3.3 革命性突破：用LIF完全替代传统烧结

既然LIF能产生焦耳热促进合金化，是否可以省去传统的低温烧结炉环节？

研究团队设计了D组实验：Ni电镀 -> LIF -> Cu电镀（无炉退火）。 电压调整：由于此时只有Ni层，电阻较大，需要降低LIF反向电压以防止过热。实验发现6V是D组的最佳电压。 性能飞跃：在6V优化参数下，D组电池效率达到24.74%。与传统的“Ni电镀+烧结+Cu电镀”（无LIF）相比，效率提升了0.45%，Voc提升了0.86 mV。 结晶度证据：拉曼光谱显示，仅经过LIF处理的样品（D组），其界面形成了更稳定的NiSi相，结晶度甚至高于经过传统烧结的样品。

[图13：无烧结工艺（D组）与A、B组的电性能对比图]

[图14：不同工艺制备的TOPCon电池结晶度对比图]

[图16：无烧结工艺下，不同LIF电压对电池性能的影响图]

3.4 接触电阻均匀性的终极对决

研究进一步利用TLM方法扫描了电池片从边缘到中心的接触电阻分布。 传统烧结（O组）：电阻分布极不均匀，边缘高、中心低，差异高达3.53 Ω。这是由于烧结炉内温度场分布不均（边缘散热快）导致的。 全激光工艺（D组）：展现了极佳的均匀性，电阻波动仅为0.45 Ω。LIF技术通过激光逐点扫描，确保了每个接触点接收到的能量完全一致，从根本上解决了宏观热处理的不均匀性问题。

[图15：不同工艺下电池接触电阻的水平分布均匀性热力图（重点展示Group D的均匀性）]

研究结论

这项研究系统地证明了激光诱导烧结（LIF）技术在电镀Ni/Cu TOPCon电池金属化中的巨大潜力： 性能显著增强：在传统工艺基础上叠加LIF（14V），可修补界面损伤，效率提升0.401%。 工艺简化与替代：LIF完全可以替代传统的低温镍烧结步骤。采用“Ni电镀 -> 6V LIF -> Cu电镀”的简化工艺，不仅省去了烧结炉设备，还实现了24.74%的高效率，较传统工艺提升0.45%。 均匀性优势：LIF技术通过微观局部的精准加热，解决了传统热处理中接触电阻分布不均的难题，为制造高性能、高一致性的TOPCon电池提供了全新的技术路线。

这一发现为无银电镀金属化技术的产业化应用扫清了关键障碍，是光伏降本增效路径上的重要里程碑。

参考文献: Zhang, J., Xi, X., Shao, J., Li, Y., Liu, Z., Huang, M., ... & Ji, J. (2026). Integration of laser-induced firing with Ni/Cu plating for TOPCon solar cell metallization. Solar Energy Materials and Solar Cells, 299, 114198.

索比光伏网 https://news.solarbe.com/202602/09/50018183.html