从实验室到工业级：激光划线工艺推动钙钛矿电池规模化应用

钙钛矿太阳能电池（PSCs）凭借其高功率转换效率（PCE）、低制造成本及可调带隙等优势，被视为下一代光伏技术的核心候选。然而，从实验室级别的小面积电池（0.057 cm²，PCE 26.1%）扩展至工业级组件（PSMs）和大面积面板（PSPs）时，效率显著下降，成为规模化应用的瓶颈。本文通过材料界面工程、采用美能钙钛矿P1激光划线测试仪实现激光划线优化及封装工艺创新，成功实现了156 cm²组件的17.68% PCE和0.73 m²面板的12% PCE，为钙钛矿光伏技术的工业化提供了关键技术路径。

不同尺寸钙钛矿太阳能组件PSMs有效面积的PCE对比

钙钛矿组件的优化设计  

 Millennial Solar 

 

 

电子传输层（ETL）优化：采用介孔TiO₂（m-TiO₂）结合石墨烯薄片，提升电子提取效率，降低界面复合。石墨烯掺杂的ETL可将电子迁移率提高30%，并减少紫外光催化降解。  通过高温烧结（460°C）确保ETL的化学稳定性，避免SnO₂基平面结构的均匀性缺陷。  界面钝化：引入苯乙基碘化铵（PEAI）钝化钙钛矿表面，填充碘空位并抑制非辐射复合。退火后形成二维PEA₂PbI₄覆盖层，增强抗湿氧侵蚀能力，使组件在85°C下T80（效率保持80%）达1250小时。  15.6 × 15.6 cm² PSMs的HTL性能对比空穴传输层（HTL）选择：对比Spiro-OMeTAD（效率高但热稳定性差）与PTAA（机械稳定性优），最终选用PTAA以适应120°C层压工艺。Spiro-OMeTAD基组件虽PCE达17.68%（Voc=26.6 V，Isc=141.8 mA），但未通过封装验证。  

激光划线P1-P3优化提升  

 Millennial Solar 

 

 

15.6×15.6 cm²组件的激光布局与性能(a) 含24个子电池的激光布局(b) P1、P2、P3刻划宽度示意图(c) 死区宽度最小化（≈120 μm），实现GFF 96.4%(d) PTAA与Spiro-OMeTAD基组件的I-V特性曲线三激光步骤（P1-P3）：采用355 nm皮秒激光优化刻划参数（P1：0.9 μJ脉冲能量，1200脉冲/mm；P2：0.6 μJ，6线并行刻划），将死区宽度降至120 μm，GFF提升至96.4%，为同尺寸组件最高值。  组件布局：24个子电池串联的矩形布局（长宽比优化），降低串联电阻，减少电流损耗。  

钙钛矿太阳能组件PSMs性能  

 Millennial Solar 

 

 

• 规模化效率表现  

15.6×15.6 cm²组件：PTAA基组件PCE为16.32%（Voc=25.5 V，Isc=133.3 mA，FF=70.1%），Spiro-OMeTAD基组件PCE达17.68%。  从1 cm²电池扩展至156 cm²组件，效率损失仅8-19%，显著优于文献报道。  

• 效率衰减机制 

不同尺寸PSMs的光伏特性对比

串联电阻增加：组件尺寸增大导致电极电阻上升，FF从74.78%（2.5×2.5 cm²）降至70.1%（15.6×15.6 cm²）。  激光划线缺陷：P2步骤残留TiO₂可能形成肖特基势垒，增加接触电阻。  

钙钛矿大面积面板PSPs工艺

 Millennial Solar 

 

 

• 面板集成与封装工艺  

面板布局：5行并联（每行5个串联组件）组件连接方式：25个15.6×15.6 cm² PSMs按5行×5列排布，总活性面积0.73 m²。  

面板封装侧视图

• 封装技术： 

热塑性离子聚合物（Jurasol）：替代传统EVA，避免乙酸腐蚀，但杨氏模量高（>1 GPa）引发热应力。Kapton绝缘层：防止金电极迁移，但空气间隙导致密封失效。

• 电气连接：铜带焊接结合银胶固定，接触电阻<0.1 Ω·cm²。

钙钛矿PSPs户外性能验证

 Millennial Solar 

 

 

V曲线与功率输出

Voc随时间变化效率表现：面板PCE达12.0±1.6%，最大功率65 W，Voc稳定于87 V。

面板电化学阻抗谱（EIS）分析(a) 不同偏压（Vbias）下的Nyquist图(b) 表观电容（Cp）与频率关系(c) 极化电阻（Rp）随频率变化失效分析：

• 封装材料刚性：引发脱层与电气连接断裂，导致金电极迁移。
• 环境波动：温度变化（局部达59.3°C）与辐照度波动导致Voc小幅波动。

本研究通过石墨烯界面工程结合先进的激光划线技术对钙钛矿组件进行图案化处理，成功将钙钛矿组件的 PCE 提升至 17.68%（156 cm²），并集成出目前最大面积的 0.73 m² PSPs （PCE 12.0%），验证了大规模制造的技术可行性。

美能钙钛矿P1激光划线测试仪

 Millennial Solar 

 

 

美能钙钛矿P1激光划线测试仪是一款专为钙钛矿太阳能电池P1激光划线工序设计的高精度测试设备。设备可以通过探针与样品直接接触，测试其电阻等参数，精准判断P1划线的优劣情况。

• 通断测试功能：可进行通断测试，确保电池区域的清晰界定和电流泄漏的减少。
• 高效测试能力：整机TT小于60秒，显著提高生产效率。
• 双检测组件设计：双检测组件，每个组件60根探针，间隔排布，方便增加补充功能（如高压修复等）。

在规模化生产过程中，美能钙钛矿P1激光划线测试仪发挥了关键作用，其高效测试能力显著优化了P1划线的电阻控制，确保刻线质量与电池长期稳定性。通过材料创新和工艺优化，我们不仅提高了PSMs的PCE和GFF，还在实际测试中验证了PSPs的性能和稳定性。

原文参考：Upscaling Perovskite Photovoltaics: from 156 cm2 Modulesto 0.73 M2 Panels

*特别声明：「美能光伏」公众号所发布的原创及转载文章，仅用于学术分享和传递光伏行业相关信息。未经授权，不得抄袭、篡改、引用、转载等侵犯本公众号相关权益的行为。内容仅供参考，若有侵权，请及时联系我司进行删除。