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

不同沉積技術的效率與面積關系

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+激光劃刻技術在4→51 cm2時損失僅3.1%/dec，接近傳統薄膜技術（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）。

全蒸發層制造與全激光刻蝕互連

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全蒸發層制備

全蒸發鈣鈦礦組件制備流程與層結構

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）→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。激光系統確保環境可控（氮氣保護），減少鈣鈦礦氧化或吸水。

全激光劃刻互連技術

激光劃刻參數優化與形貌分析

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%，優于溶液法（GFF≈85%）；
• 生產兼容性：單激光源工藝簡化設備復雜度，刻蝕速度（最高100 mm/s）支持量產節拍>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鈣鈦礦層發光強度波動<5%，信號均勻，邊緣效應極小；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% ），但仍優于多數溶液法模塊。全蒸發工藝實現大面積均勻沉積，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)規模化損失;(D)51 cm2組件MPP追蹤

4 cm2組件：PCE=18.0%（后向掃描），FF=81%，Voc=5.5 V，Jsc=20.2 mA/cm2。51 cm2組件：PCE=16.6%（后向掃描），FF=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跟蹤下的穩定性，30 分鐘內效率維持16.1%。全蒸發組件在大面積下仍保持高效，且穩定性良好。

不同技術的放大損失對比

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

本研究通過全蒸發層制造與全激光劃刻的協同，成功實現了鈣鈦礦組件的高效規模化放大。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激光劃線工序設計的高精度測試設備。設備可以通過探針與樣品直接接觸，測試其電阻等參數，精準判斷P1劃線的優劣情況。

• 通斷測試功能：可進行通斷測試，確保電池區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，顯著提高生產效率。
• 雙檢測組件設計：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（如高壓修復等）。

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

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

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