鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）憑借其高功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）、低制造成本及可調(diào)帶隙等優(yōu)勢(shì)，被視為下一代光伏技術(shù)的核心候選。然而，從實(shí)驗(yàn)室級(jí)別的小面積電池（0.057 cm2，PCE 26.1%）擴(kuò)展至工業(yè)級(jí)組件（PSMs）和大面積面板（PSPs）時(shí)，效率顯著下降，成為規(guī)模化應(yīng)用的瓶頸。本文通過(guò)材料界面工程、采用美能鈣鈦礦P1激光劃線測(cè)試儀實(shí)現(xiàn)激光劃線優(yōu)化及封裝工藝創(chuàng)新，成功實(shí)現(xiàn)了156 cm2組件的17.68% PCE和0.73 m2面板的12% PCE，為鈣鈦礦光伏技術(shù)的工業(yè)化提供了關(guān)鍵技術(shù)路徑。

不同尺寸鈣鈦礦太陽(yáng)能組件PSMs有效面積的PCE對(duì)比

鈣鈦礦組件的優(yōu)化設(shè)計(jì)

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電子傳輸層（ETL）優(yōu)化：采用介孔TiO?（m-TiO?）結(jié)合石墨烯薄片，提升電子提取效率，降低界面復(fù)合。石墨烯摻雜的ETL可將電子遷移率提高30%，并減少紫外光催化降解。 通過(guò)高溫?zé)Y(jié)（460°C）確保ETL的化學(xué)穩(wěn)定性，避免SnO?基平面結(jié)構(gòu)的均勻性缺陷。 界面鈍化：引入苯乙基碘化銨（PEAI）鈍化鈣鈦礦表面，填充碘空位并抑制非輻射復(fù)合。退火后形成二維PEA?PbI?覆蓋層，增強(qiáng)抗?jié)裱跚治g能力，使組件在85°C下T80（效率保持80%）達(dá)1250小時(shí)。 15.6 × 15.6 cm2 PSMs的HTL性能對(duì)比空穴傳輸層（HTL）選擇：對(duì)比Spiro-OMeTAD（效率高但熱穩(wěn)定性差）與PTAA（機(jī)械穩(wěn)定性優(yōu)），最終選用PTAA以適應(yīng)120°C層壓工藝。Spiro-OMeTAD基組件雖PCE達(dá)17.68%（Voc=26.6 V，Isc=141.8 mA），但未通過(guò)封裝驗(yàn)證。

激光劃線P1-P3優(yōu)化提升

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15.6×15.6 cm2組件的激光布局與性能(a) 含24個(gè)子電池的激光布局(b) P1、P2、P3刻劃寬度示意圖(c) 死區(qū)寬度最小化（≈120 μm），實(shí)現(xiàn)GFF 96.4%(d) PTAA與Spiro-OMeTAD基組件的I-V特性曲線三激光步驟（P1-P3）：采用355 nm皮秒激光優(yōu)化刻劃參數(shù)（P1：0.9 μJ脈沖能量，1200脈沖/mm；P2：0.6 μJ，6線并行刻劃），將死區(qū)寬度降至120 μm，GFF提升至96.4%，為同尺寸組件最高值。 組件布局：24個(gè)子電池串聯(lián)的矩形布局（長(zhǎng)寬比優(yōu)化），降低串聯(lián)電阻，減少電流損耗。

鈣鈦礦太陽(yáng)能組件PSMs性能

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• 規(guī)模化效率表現(xiàn)

15.6×15.6 cm2組件：PTAA基組件PCE為16.32%（Voc=25.5 V，Isc=133.3 mA，F(xiàn)F=70.1%），Spiro-OMeTAD基組件PCE達(dá)17.68%。 從1 cm2電池?cái)U(kuò)展至156 cm2組件，效率損失僅8-19%，顯著優(yōu)于文獻(xiàn)報(bào)道。

• 效率衰減機(jī)制

不同尺寸PSMs的光伏特性對(duì)比

串聯(lián)電阻增加：組件尺寸增大導(dǎo)致電極電阻上升，F(xiàn)F從74.78%（2.5×2.5 cm2）降至70.1%（15.6×15.6 cm2）。 激光劃線缺陷：P2步驟殘留TiO?可能形成肖特基勢(shì)壘，增加接觸電阻。

鈣鈦礦大面積面板PSPs工藝

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• 面板集成與封裝工藝

面板布局：5行并聯(lián)（每行5個(gè)串聯(lián)組件）組件連接方式：25個(gè)15.6×15.6 cm2 PSMs按5行×5列排布，總活性面積0.73 m2。

面板封裝側(cè)視圖

• 封裝技術(shù)：

熱塑性離子聚合物（Jurasol）：替代傳統(tǒng)EVA，避免乙酸腐蝕，但楊氏模量高（>1 GPa）引發(fā)熱應(yīng)力。Kapton絕緣層：防止金電極遷移，但空氣間隙導(dǎo)致密封失效。

• 電氣連接：銅帶焊接結(jié)合銀膠固定，接觸電阻<0.1 Ω·cm2。

鈣鈦礦PSPs戶外性能驗(yàn)證

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V曲線與功率輸出

Voc隨時(shí)間變化效率表現(xiàn)：面板PCE達(dá)12.0±1.6%，最大功率65 W，Voc穩(wěn)定于87 V。

面板電化學(xué)阻抗譜（EIS）分析(a) 不同偏壓（Vbias）下的Nyquist圖(b) 表觀電容（Cp）與頻率關(guān)系(c) 極化電阻（Rp）隨頻率變化失效分析：

• 封裝材料剛性：引發(fā)脫層與電氣連接斷裂，導(dǎo)致金電極遷移。
• 環(huán)境波動(dòng)：溫度變化（局部達(dá)59.3°C）與輻照度波動(dòng)導(dǎo)致Voc小幅波動(dòng)。

本研究通過(guò)石墨烯界面工程結(jié)合先進(jìn)的激光劃線技術(shù)對(duì)鈣鈦礦組件進(jìn)行圖案化處理，成功將鈣鈦礦組件的 PCE 提升至 17.68%（156 cm2），并集成出目前最大面積的 0.73 m2 PSPs （PCE 12.0%），驗(yàn)證了大規(guī)模制造的技術(shù)可行性。

美能鈣鈦礦P1激光劃線測(cè)試儀

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

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

在規(guī)模化生產(chǎn)過(guò)程中，美能鈣鈦礦P1激光劃線測(cè)試儀發(fā)揮了關(guān)鍵作用，其高效測(cè)試能力顯著優(yōu)化了P1劃線的電阻控制，確保刻線質(zhì)量與電池長(zhǎng)期穩(wěn)定性。通過(guò)材料創(chuàng)新和工藝優(yōu)化，我們不僅提高了PSMs的PCE和GFF，還在實(shí)際測(cè)試中驗(yàn)證了PSPs的性能和穩(wěn)定性。

原文參考：Upscaling Perovskite Photovoltaics: from 156 cm2 Modulesto 0.73 M2 Panels

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