鈣鈦礦太陽能電池實驗室效率已超 25%，但商業(yè)化面臨三大挑戰(zhàn)：長期穩(wěn)定性、毒性和放大至工業(yè)相關(guān)面積的工藝。然而，從實驗室電池（<0.1 cm2）到工業(yè)級組件（>100 cm2）的規(guī)模化過程中，均勻沉積與低損耗互連是兩大核心挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)溶液法（如刀片涂布、狹縫涂布）在放大時因溶劑蒸發(fā)、結(jié)晶動力學(xué)復(fù)雜導(dǎo)致性能顯著下降，而氣相沉積技術(shù)（如共蒸發(fā)）被認為是實現(xiàn)均勻大面積沉積的有效途徑。

不同沉積技術(shù)的效率與面積關(guān)系

溶液法放大時PCE 損失顯著（如面積從 0.8→42.9 cm2 時損失 19.7%），平均放大損失為7.4%/dec。本研究的全蒸發(fā)+激光劃刻技術(shù)在4→51 cm2時損失僅3.1%/dec，接近傳統(tǒng)薄膜技術(shù)（如 CIGS、c-Si、CdTe）。采用美能鈣鈦礦P1激光劃線測試儀進行全激光劃線可完成高精度互連（總寬度≤160 μm）。

全蒸發(fā)層制造與全激光刻蝕互連

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全蒸發(fā)層制備

全蒸發(fā)鈣鈦礦組件制備流程與層結(jié)構(gòu)

流程示意：

• 玻璃基板→ITO 沉積→P1 劃刻（隔離前電極）。
• 空穴傳輸層（spiro-TTB）→鈣鈦礦吸收層（共蒸發(fā)）→電子傳輸層（C60/BCP）→背電極（Au/Ag）。
• P2 劃刻（連接背電極與前電極）→P3 劃刻（隔離背電極）
• 全真空沉積避免溶液法的溶劑干擾，激光劃刻為非接觸工藝，兼容大面積生產(chǎn)。激光系統(tǒng)確保環(huán)境可控（氮氣保護），減少鈣鈦礦氧化或吸水。

全激光劃刻互連技術(shù)

激光劃刻參數(shù)優(yōu)化與形貌分析

使用532 nm納秒激光完成P1（隔離前電極）、P2（連接前后電極）、P3（隔離后電極）刻蝕：

• P1：能量密度2 J·cm?2，速度50 mm/s，線寬60 μm；
• P2：能量密度0.35 J·cm?2，速度33 mm/s，線寬50 μm，接觸電阻<1 Ω；
• P3：能量密度0.3 J·cm?2，速度100 mm/s，線寬25 μm。

性能驗證：

• 電學(xué)特性：SEM-EDX顯示P2線完全去除ETL/鈣鈦礦/HTL，殘留鉛信號<1%；
• 幾何填充因子（GFF）：4 cm2組件GFF=96%，51 cm2組件GFF=94%，優(yōu)于溶液法（GFF≈85%）；
• 生產(chǎn)兼容性：單激光源工藝簡化設(shè)備復(fù)雜度，刻蝕速度（最高100 mm/s）支持量產(chǎn)節(jié)拍>1片/分鐘。

（A）51 cm2鈣鈦礦吸收層PL成像;（B）4 cm2組件LBIC;（C）51 cm2組件LBIC及局部放大

均勻性：PL成像顯示51 cm2鈣鈦礦層發(fā)光強度波動<5%，信號均勻，邊緣效應(yīng)極?。?strong>4 cm2組件：電流信號均勻，證實層間均勻性與低接觸電阻。51 cm2組件：信號略有下降（ GFF 從 96% → 94% ），但仍優(yōu)于多數(shù)溶液法模塊。全蒸發(fā)工藝實現(xiàn)大面積均勻沉積，激光劃刻未引入顯著缺陷。

鈣鈦礦組件性能與損失分析

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(A)4 cm2組件PCE;(C)51 cm2組件PCE;(B)規(guī)?；瘬p失;(D)51 cm2組件MPP追蹤

4 cm2組件：PCE=18.0%（后向掃描），F(xiàn)F=81%，Voc=5.5 V，Jsc=20.2 mA/cm2。51 cm2組件：PCE=16.6%（后向掃描），F(xiàn)F=82%，Voc=19.0 V，Jsc=19.1 mA/cm2。損失分析：4→51 cm2 的總損失3.1%/dec中，GFF貢獻 2.2%，其他機制（如電阻、缺陷）僅 0.9%。51 cm2組件在MPP跟蹤下的穩(wěn)定性，30 分鐘內(nèi)效率維持16.1%。全蒸發(fā)組件在大面積下仍保持高效，且穩(wěn)定性良好。

不同技術(shù)的放大損失對比

• 溶液法（如刀片涂布、狹縫涂布）損失6.9–7.2%/dec。
• 全蒸發(fā)+激光劃刻損失3.1%/dec，接近CIGS（~3%）、c-Si（~2%）等傳統(tǒng)技術(shù)。
• 氣相沉積結(jié)合激光劃刻是目前鈣鈦礦放大中效率損失最低的技術(shù)路徑。

本研究通過全蒸發(fā)層制造與全激光劃刻的協(xié)同，成功實現(xiàn)了鈣鈦礦組件的高效規(guī)?；糯蟆?strong>全真空沉積工藝解決了大面積均勻性問題，而單光源納秒激光劃刻簡化了互連流程并降低了電阻損耗。所得組件在51 cm2面積下仍保持16.6%的效率，放大損失僅 3.1%/dec，標志著鈣鈦礦光伏向工業(yè)化邁出重要一步。

美能鈣鈦礦P1激光劃線測試儀

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美能鈣鈦礦P1激光劃線測試儀是一款專為鈣鈦礦太陽能電池P1激光劃線工序設(shè)計的高精度測試設(shè)備。設(shè)備可以通過探針與樣品直接接觸，測試其電阻等參數(shù)，精準判斷P1劃線的優(yōu)劣情況。

• 通斷測試功能：可進行通斷測試，確保電池區(qū)域的清晰界定和電流泄漏的減少。
• 高效測試能力：整機TT小于60秒，顯著提高生產(chǎn)效率。
• 雙檢測組件設(shè)計：雙檢測組件，每個組件60根探針，間隔排布，方便增加補充功能（如高壓修復(fù)等）。

通過全蒸發(fā)層制備結(jié)合美能鈣鈦礦P1激光劃線測試儀進行全激光劃線互連技術(shù)，實現(xiàn)了高效率和高均勻性的鈣鈦礦太陽能模塊制造，為鈣鈦礦光伏技術(shù)的商業(yè)化邁出了重要一步。

原文參考：Upscaling of perovskite solar modules: The synergy of fully evaporated layer fabrication and all-laser-scribedinterconnections

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