鈣鈦礦太陽能組件（PSMs）因其高效率和低制造成本成為光伏領域的研究熱點，其商業(yè)化仍面臨的關鍵挑戰(zhàn)之一是串聯(lián)互連工藝中激光劃刻的精度與可靠性。激光劃刻直接影響了組件的幾何填充因子（GFF）、串聯(lián)電阻和最終效率。其中紫外納秒激光（355 nm）因其高材料吸收率和低熱影響，適用于玻璃及柔性基板上P1、P2、P3全部劃刻步驟。本文系統(tǒng)研究了激光參數(shù)對劃刻質量的影響，并引入美能鈣鈦礦在線影像顯微測試儀實現(xiàn)劃刻形貌、殘留和界面質量的實時監(jiān)測與智能分析，顯著提升了工藝控制的精確性和模塊制備的良率，為PSMs的高精度規(guī)?；圃焯峁┝擞行Ы鉀Q方案。

鈣鈦礦太陽能組件（PSMs）樣品制備

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串聯(lián)n-i-p型PSM中P1-P2-P3劃刻工藝流程

清洗后的玻璃/ITO基底經(jīng)UV-O?處理，旋涂SnO?電子傳輸層（150℃退火20分鐘），隨后沉積三元陽離子鈣鈦礦層，采用兩步旋涂法并在退火前滴加氯苯誘導結晶。空穴傳輸層由PVK和CuInS?納米顆粒墨水組成，最后熱蒸發(fā)沉積75 nm金屬電極。

P1、P2、P3激光刻劃信息

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鈣鈦礦組件串聯(lián)互聯(lián)中P1–P2–P3劃刻所需特性

本文采用納秒紫外激光（355nm）對剛性及柔性 TCO 襯底、SnO? / PSK / Spiro-OMeTAD / Au 結構的 P1、P2、P3 刻劃步驟進行研究，分析了刻劃參數(shù)變化對 P1、P2、P3 刻劃條形貌與輪廓的影響。

P1劃刻：TCO 刻劃性能分析

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玻璃基底反射產(chǎn)生的干涉條紋可能損傷TCO，降低功率可緩解該問題

玻璃/ITO和玻璃/FTO樣品上劃刻條紋（P1）的SEM圖像及輪廓（a-f為玻璃/ITO，m-r為玻璃/FTO）

(a-d) 不同P???值下玻璃/ITO單次與重復劃刻的SEM圖像；(e-h) 對應輪廓圖；(i-m) PEN/ITO在不同P???下的SEM圖像；(n-r) 機械清潔前輪廓圖；(s-w) 機械清潔后輪廓圖

玻璃/FTO基板（厚度>600 nm）：在重復頻率25-80 kHz、平均功率675 mW條件下，可獲得邊緣清晰、無明顯材料堆積的劃刻條紋。

玻璃/ITO基板（厚度約200 nm）：低頻（25 kHz）易導致激光能量集中，引起基板局部過熱和微裂紋，邊緣有輕微隆起（100-200 nm）。

柔性PEN/ITO基板：需將平均功率控制在633 mW以下，并配合機械清潔工藝使邊緣高度從8000 nm降至4000 nm。

P2劃刻：ETL/PSK/HTL 刻劃性能分析

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(a-f) 不同重復頻率下P2單線劃刻的SEM圖像；(g-l) 對應輪廓圖；(m-x) 寬度200 μm、光柵距離10 μm的P2條帶在不同掃描次數(shù)下的SEM圖像與輪廓圖

（a）到（f）在玻璃/ITO/SnO?結構上刻劃的鈣鈦礦層（P2）的SEM圖像

(a-f, m-r) 不同P???（47–406 mW）下P2劃刻的SEM圖像；(g-l) 對應輪廓圖

紫外激光（355 nm）因鈣鈦礦層高吸收、TCO低吸收而具有高選擇性，可實現(xiàn)精準去除而不損傷底層。CO?紅外激光（10 μm）需能量高4個數(shù)量級且易損傷FTO，而532 nm綠光激光效果較好但需與其他波長配合。在最佳參數(shù)（P???=119–189 mW, F?=80 kHz, 速度=400 mm/s）下，P2劃刻可完全去除功能層而不損傷ITO。

玻璃/ITO/SnO?/PSK/PVK/CuInS?結構在刻劃前后的透射光譜

透射光譜顯示功率150mW時，多次劃刻仍存在鈣鈦礦殘留；功率≥234mW時，ITO損傷加劇但殘留減少，最優(yōu)窗口為150-234mW（80kHz,400mm/s）。

P3劃刻：Au 背電極刻劃性能分析

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不同參數(shù)下Au薄膜（P3）刻蝕的光學顯微鏡圖像

金層（75 nm）劃刻需避免邊緣分層和底層鈣鈦礦損傷。頻率100–150 kHz、功率約100 mW時可獲得清晰絕緣溝道。分割電池的I?c、V?c、FF相對值驗證了劃刻有效性。

(a) 玻璃側與 (b) 金側的P1P2P3圖案光學圖像；(c) 單電池與串聯(lián)互聯(lián)雙電池的J-V曲線

展示了完整P1-P2-P3圖案和串聯(lián)電池的J-V曲線，其V?c接近單電池兩倍，證明互聯(lián)成功。

納秒紫外激光（355 nm）通過調(diào)節(jié)重復頻率（如P2推薦80 kHz）、平均功率（P2建議119–189 mW）和掃描速度（如400 mm/s）精確控制熱輸入，以避免底層損傷、邊緣熔融或材料殘留，實現(xiàn)了鈣鈦礦太陽能組件串聯(lián)互連的P1-P2-P3劃刻，通過對劃刻形貌和質量進行表征，該工藝在串聯(lián)互聯(lián)中表現(xiàn)出良好重復性，為鈣鈦礦組件產(chǎn)業(yè)化提供了可靠方案。

美能鈣鈦礦在線影像顯微測試儀

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美能鈣鈦礦在線影像顯微測試儀是一種基于CCD數(shù)位影像和計算機圖像技術的精密測量儀器，通過光學顯微鏡對物體進行高倍率光學放大成像，然后通過CCD攝像系統(tǒng)將影像送入計算機進行測量和分析，在線檢測P1\P2\P3激光劃線尺寸與缺陷。

功能多元：尺寸識別+表面缺陷二合一

更高精度：可實現(xiàn)劃線寬度及間距±3um精度

更快檢測速度：單點尺寸檢測≤3.5s，線掃正面電池≤120s

數(shù)據(jù)庫支持：圖像尺寸自動標注，并形成ecl數(shù)據(jù)文檔，方便研發(fā)人員取用

采用美能鈣鈦礦在線影像顯微測試儀的高倍率光學放大與CCD數(shù)字成像技術，對劃刻形貌進行實時精密測量與分析，顯著提升劃刻工藝的重復性與可靠性，推動鈣鈦礦組件產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

原文參考：UV Laser Scribing for Perovskite Solar Modules Fabrication, Pros, and Cons