鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）的規(guī)模化應(yīng)用需依靠精密激光劃線(xiàn)實(shí)現(xiàn)串聯(lián)互聯(lián)，并需對(duì)電池參數(shù)進(jìn)行空間表征以理解激光與材料的相互作用。本研究針對(duì)P3劃線(xiàn)步驟，探討了不同注量下納秒（ns）與皮秒（ps）激光脈沖的處理效果。通過(guò)大平臺(tái)鈣鈦礦電池PL測(cè)試儀的高精度成像，繪制了光學(xué)帶隙、烏爾巴赫能量及旁路電阻等關(guān)鍵參數(shù)的空間分布，并結(jié)合電學(xué)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。結(jié)果表明，在優(yōu)化注量下，兩種激光均可實(shí)現(xiàn)有效的串聯(lián)互聯(lián)，且性能損失最小。為激光劃線(xiàn)技術(shù)在工業(yè)級(jí)鈣鈦礦組件生產(chǎn)中的適用性提供了重要依據(jù)。

柔性鈣鈦礦的核心價(jià)值

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樣品制備

樣品制備遵循標(biāo)準(zhǔn)鈣鈦礦工藝流程，包括：ITO透明前電極沉積、P1激光劃線(xiàn)、清洗處理、SnO?電子傳輸層制備、鈣鈦礦吸收層旋涂、空穴傳輸層旋涂、P2激光劃線(xiàn)、金背電極蒸鍍和P3激光劃線(xiàn)。

激光劃線(xiàn)

樣品制備的激光工藝參數(shù)

激光加工系統(tǒng)配備ps和ns激光源。P1和P2參數(shù)保持不變，P3步驟采用三種注量條件（低、最優(yōu)、高）。劃線(xiàn)過(guò)程中樣品在氮?dú)猸h(huán)境中處理以減少降解和碎屑。

PL和電學(xué)性能表征

高光譜PL成像系統(tǒng)，使用405 nm和532 nm連續(xù)激光激發(fā)，空間分辨率約1 μm，光譜分辨率優(yōu)于2.5 nm。電性能測(cè)試采用AAA級(jí)太陽(yáng)模擬器，記錄J-V曲線(xiàn)。

PL強(qiáng)度與中心波長(zhǎng)分析

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鈣鈦礦樣品的光致發(fā)光通量（光子 / 秒）圖像：(a) 采用ns激光脈沖刻蝕，最優(yōu)注量為 1.36 J/cm2；(b) 采用ps激光脈沖刻蝕，最優(yōu)注量為 2.31 J/cm2

鈣鈦礦樣品局部中心光致發(fā)光發(fā)射波長(zhǎng)的空間分辨圖像：(a–c) 為ns激光脈沖刻蝕樣品，(d–f) 為ps激光脈沖刻蝕樣品，均涵蓋三種注量區(qū)間：(a,d) 低注量、(b,e) 最優(yōu)注量、(c,f) 高注量。

ns和ps激光脈沖刻蝕時(shí)，沿激光刻蝕線(xiàn)觀察到的飛濺物數(shù)量隨施加注量的變化對(duì)比。溝槽附近分析區(qū)域的寬度與對(duì)應(yīng)溝槽的寬度一致

在最優(yōu)注量下，758 nm附近觀察到均勻的PL發(fā)射，對(duì)應(yīng)帶隙約1.64 eV。劃線(xiàn)溝槽內(nèi)檢測(cè)到的PL信號(hào)來(lái)自殘留吸收層材料，但不影響電學(xué)功能。劃線(xiàn)邊緣出現(xiàn)明顯紅移，歸因于材料改變和爆炸沸騰導(dǎo)致的噴濺物冷凝。ps激光在材料去除效率上優(yōu)于ns激光。

烏爾巴赫能量分析

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鈣鈦礦樣品局部烏爾巴赫能量的空間分辨圖像：(a–c) 為ns激光脈沖刻蝕樣品，(d–f) 為ps激光脈沖刻蝕樣品

烏爾巴赫能量（E?）可直接反映鈣鈦礦中的陷阱態(tài)密度。ns激光在低注量下E?升高，可能由于材料去除不徹底；而ps激光在高注量下因光束非高斯分布導(dǎo)致上邊緣損傷加劇。兩種激光在優(yōu)化注量下均適用于P3劃線(xiàn)。

旁路電阻分析

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鈣鈦礦樣品局部分流電阻（R??）的空間分辨圖像：(a–c) 為ns激光脈沖刻蝕樣品，(d–f) 為ps激光脈沖刻蝕樣品

通過(guò)PL圖像推導(dǎo)的局部旁路電阻顯示，劃線(xiàn)邊緣存在島狀高阻區(qū)域，可能與溴化物和碘化物相分離導(dǎo)致的材料退化有關(guān)。ns和ps激光在Rsh方面無(wú)顯著差異。

電性能分析

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采用ns和ps激光脈沖刻蝕的三段微型模塊的電流密度 - 電壓（J-V）曲線(xiàn)

J-V曲線(xiàn)表明，在不同注量條件下均可實(shí)現(xiàn)有效的串聯(lián)互聯(lián)。低注量下性能下降因材料去除不足，高注量下因過(guò)熱和過(guò)度燒蝕。最優(yōu)注量下，尤其是ns激光，性能最佳。

ns激光脈沖（a）和ps激光脈沖（b）刻蝕的鈣鈦礦樣品中，F(xiàn)F、η、R?及R??隨注量的變化曲線(xiàn)圖

從J-V曲線(xiàn)提取的參數(shù)表明，填充因子和轉(zhuǎn)換效率在最優(yōu)注量下最高，串聯(lián)電阻保持低且穩(wěn)定，說(shuō)明ITO層未受損。

本研究通過(guò)高光譜PL成像技術(shù)分析了納秒和皮秒激光在P3劃線(xiàn)中對(duì)鈣鈦礦層的影響。結(jié)果顯示，兩種激光均能實(shí)現(xiàn)有效劃線(xiàn)，鈣鈦礦對(duì)激光熱效應(yīng)不敏感。注量對(duì)電參數(shù)的影響比脈沖持續(xù)時(shí)間更顯著，且工藝窗口較寬，可容忍生產(chǎn)條件波動(dòng)，適用于大規(guī)模制造。

美能大平臺(tái)鈣鈦礦電池PL測(cè)試儀

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大平臺(tái)鈣鈦礦電池PL測(cè)試儀通過(guò)非接觸、高精度、實(shí)時(shí)反饋等特性，系統(tǒng)性解決了太陽(yáng)能電池生產(chǎn)中的速度、良率、成本、工藝優(yōu)化與穩(wěn)定性等核心痛點(diǎn)，并且結(jié)合AI深度學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)缺陷識(shí)別與工藝反饋。

PL高精度成像：采用線(xiàn)掃激光，成像精度＜75um/pix（成像精度可定制）

支持 16bit 顏色灰度：同時(shí)清晰呈現(xiàn)高亮區(qū)域（如無(wú)缺陷區(qū)）與低亮區(qū)域（如缺陷暗斑）

高速在線(xiàn)PL檢測(cè)缺陷：檢測(cè)速度≤2s，漏檢率< 0.1%；誤判率< 0.3%

AI缺陷識(shí)別分類(lèi)訓(xùn)練：實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)缺陷識(shí)別與工藝反饋

大平臺(tái)鈣鈦礦電池PL測(cè)試儀有效評(píng)估劃線(xiàn)區(qū)域的局部材料變化，這些變化與互聯(lián)質(zhì)量和電池性能相關(guān)。本研究為工業(yè)級(jí)鈣鈦礦組件的激光劃線(xiàn)工藝優(yōu)化提供了重要依據(jù)。

原文參考：Loss Analysis of P3 Laser Patterning of Perovskite Solar Cells via Hyperspectral Photoluminescence Imaging