美國研究人員開發(fā)了一種光子固化技術(shù)，利用激光燒結(jié)快速加熱并固化溫度敏感太陽能電池基板上的銅漿，同時(shí)不引起熱應(yīng)力。該工藝據(jù)稱能生產(chǎn)致密、低孔隙度的銅層，并與氧化銦錫強(qiáng)(ITO)附著，實(shí)現(xiàn)低體積和接觸電阻率。

美國中佛羅里達(dá)大學(xué)( University of Central Florida )的研究人員開發(fā)了一種光子固化技術(shù)，據(jù)稱通過減少銅的氧化，改善了太陽能電池的銅(Cu)金屬化。

研究通訊作者Prasanth Kumar告訴pv magazine：“我們已經(jīng)在銅金屬化方面實(shí)現(xiàn)了接近20%的電池效率，并且正在積極解決氧化和其它整合問題，以更接近工業(yè)界的采納。”“我們的工作由美國能源部(DOE)資助。”

(資料圖片僅供參考)

光子固化是一種高溫技術(shù)，利用閃光燈發(fā)出的強(qiáng)烈光脈沖快速加熱材料表面。這種方法可以在不過熱或損壞底層的情況下“固化”金屬或墨水，因此在電子和太陽能電池制造中尤為有用，以提升導(dǎo)電性和材料質(zhì)量。

在他們的研究中，科學(xué)家們用激光燒結(jié)處理銅微粒和納米顆粒，通過高強(qiáng)度激光束產(chǎn)生快速、局部的加熱。據(jù)稱，這種方法可以在溫度敏感的基底上固化銅漿而不產(chǎn)生熱應(yīng)力。

科學(xué)家們解釋道：“激光燒結(jié)技術(shù)能夠選擇性吸收能量，減少基底損傷，并增強(qiáng)銅和氧化銦錫(ITO)層之間的粘附力，相較于傳統(tǒng)燒結(jié)方法。”“此外，光子固化工藝具有可擴(kuò)展性，并兼容大規(guī)模光伏制造。”

實(shí)驗(yàn)中，銅微米和納米顆粒沉積厚度140微米、涂有ITO涂層的Czochralski(Cz)晶圓上，燒結(jié)則使用CO?激光器進(jìn)行。美國印刷電子制造商N(yùn)ovacentrix提供的商業(yè)銅漿料用于高分辨率打印。

團(tuán)隊(duì)利用掃描電子顯微鏡(SEM)、能量色散X射線光譜(EDAX)和剖面測量，分析了ITO/Cu界面的銅線電阻、體積電阻率和接觸電阻率。他們發(fā)現(xiàn)該工藝產(chǎn)生了致密、致密的銅層，孔隙度降低且銅接觸處粘附力強(qiáng)。

在“優(yōu)化”條件下，該工藝實(shí)現(xiàn)了約19 μΩ*cm的整體電阻率和約35 mΩ*cm2的接觸電阻率。研究人員指出，這些數(shù)值足夠低，可以顯著減少銅的消耗，為實(shí)現(xiàn)具有成本效益且可靠的金屬化工藝提供了可行的路徑。

團(tuán)隊(duì)表示：“本研究中線寬為150–200微米，能實(shí)現(xiàn)0.1至0.15的高縱橫比。”“未來的努力將重點(diǎn)放在縮小接觸指的線寬和增加寬高比上，這對于最小化光學(xué)著色損耗尤為重要。”

展望未來，研究人員計(jì)劃研究銅糊激光燒結(jié)過程中的熱相互作用，旨在進(jìn)一步優(yōu)化下一代太陽能電池制造工藝。這一新技術(shù)發(fā)表在《Physica status solidi》(PSS)上的論文《Photonic Curing of Copper Inks: A Pathway to Scalable Copper Metallization for Solar Cells》中。研究團(tuán)隊(duì)成員包括特拉華大學(xué)(University of Delaware)的學(xué)者。