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2024-06-05 返回

钙钛矿电池制备中的激光工艺

钙钛矿太阳能电池(PSCs)是第三代高效薄膜电池的代表，凭借良好的吸光性、电荷传输速率、巨大的开发潜力，实现了高效率、高柔性、低成本，被誉为“光伏领域的新希望”。钙钛矿太阳能电池还可通过与晶硅电池叠层进一步提升光电转换效率，是未来产业化的重点发展方向。

与晶硅电池的产业化路径相同，钙钛矿电池产业化进程将经历从0-1再从1-N过程，即从实验室、中试线、100MW产线到GW量产线逐步实现大规模化。目前钙钛矿电池产业仍处于从0-1阶段，但产业化进程不断提速。

钙钛矿产业化技术路线

钙钛矿电池吸光层制备工艺总体可参照硅基薄膜、铜铟镓硒薄膜等薄膜光伏制备工艺，分为湿法工艺和干法工艺两大类。其中，湿法工艺又包括狭缝涂布和丝网印刷。湿法工艺溶液涂布法具有原料利用率高，成本较低，生产速率快，设备兼容度较高，钙钛矿层配方变化对涂布设备无底层改动要求等优势;而干法工艺真空镀膜法具有大面积厚度和均匀性更好控制，对基底平整度要求低等优势，理论上或适合晶硅叠层路线。目前大多数企业选用湿法工艺进行大面积100MW中试产线，少数企业选择干法或涂布加蒸镀两步法工艺。

涂布法钙钛矿电池整线工艺流程

钙钛矿电池制备中的激光工艺

钙钛矿电池生产过程中需要分别进行4次激光加工，P1/P2/P3/P4，涉及到整个钙钛矿薄膜电池的制备流程，是整个生产流程中的必备环节。

其中进行3次平行激光划线(P1-P3)，使材料气化并形成槽线，将整面膜层分割成一个个相互串联的宽约4-12mm的子电池，从而形成阻断电流导通的单独模块，以实现增大电压和串联电池的效果。P4是将靠玻璃边缘约10mm宽度的膜层清除，形成绝缘区域，作为后段封装区域。

激光工艺关系到薄膜的损伤缺陷以及被切面的平整光滑程度，这类因素会共同影响电池的效率和寿命。

钙钛矿电池中的激光刻蚀

飞秒激光是钙钛矿划线工序最佳解决方案

飞秒激光是指脉宽为fs(1 fs=10-15s)的脉冲激光。

相较于其他激光，飞秒激光加工精度更高。飞秒激光其脉宽很短，峰值功率极高(脉冲能量/脉宽)，作用于材料时，能引起各种非线性效应。

飞秒激光最大的优点在于：能在极短时间内聚集高脉冲能量，形成极高的峰值功率，因此，其加工方式是一种“冷加工”，不会产生熔化、开裂、汽化或者其它有害热效应，加工效果和质量极佳，能够在极微小的作用区域实现对金属、玻璃、钻石、陶瓷、电介质、半导体、塑料、聚合物、树脂等各种类型的柔性材料或硬脆性材料进行穿孔、切割或表面蚀刻等精密微纳尺寸加工，具有其它激光器无法比拟的优势。

飞秒激光在加工阈值附近有可确定性的光分解和损伤，以及可控的材料切除，在柔性钙钛矿薄膜加工制造上能满足其跨尺度、高精度、高性能和多样性的加工要求。

飞秒激光对钙钛矿电池加工的优势明显：切线质量高、一致性好、表面无残留，且不对基板造成损伤。

不同脉宽激光在100 μm厚的不锈钢薄片上打孔的效果