鈣鈦礦太陽能電池（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，被視為下一代光伏技術(shù)的核心候選。然而，從實驗室級別的小面積電池（0.057 cm2，PCE 26.1%）擴展至工業(yè)級組件（PSMs）和大面積面板（PSPs）時，效率顯著下降，成為規(guī)模化應用的瓶頸。本文通過材料界面工程、采用美能鈣鈦礦P1激光劃線測試儀實現(xiàn)激光劃線優(yōu)化及封裝工藝創(chuàng)新，成功實現(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能組件PSMs有效面積的PCE對比

鈣鈦礦組件的優(yōu)化設計

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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。 通過高溫燒結(jié)（460°C）確保ETL的化學穩(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合。退火后形成二維PEA?PbI?覆蓋層，增強抗?jié)裱跚治g能力，使組件在85°C下T80（效率保持80%）達1250小時。 15.6 × 15.6 cm2 PSMs的HTL性能對比空穴傳輸層（HTL）選擇：對比Spiro-OMeTAD（效率高但熱穩(wěn)定性差）與PTAA（機械穩(wěn)定性優(yōu)），最終選用PTAA以適應120°C層壓工藝。Spiro-OMeTAD基組件雖PCE達17.68%（Voc=26.6 V，Isc=141.8 mA），但未通過封裝驗證。

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個子電池串聯(lián)的矩形布局（長寬比優(yōu)化），降低串聯(lián)電阻，減少電流損耗。

鈣鈦礦太陽能組件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17.68%。 從1 cm2電池擴展至156 cm2組件，效率損失僅8-19%，顯著優(yōu)于文獻報道。

• 效率衰減機制

不同尺寸PSMs的光伏特性對比

串聯(lián)電阻增加：組件尺寸增大導致電極電阻上升，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個串聯(lián)組件）組件連接方式：25個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)熱應力。Kapton絕緣層：防止金電極遷移，但空氣間隙導致密封失效。

• 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戶外性能驗證

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V曲線與功率輸出

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

面板電化學阻抗譜（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，導致金電極遷移。
• 環(huán)境波動：溫度變化（局部達59.3°C）與輻照度波動導致Voc小幅波動。

本研究通過石墨烯界面工程結(jié)合先進的激光劃線技術(shù)對鈣鈦礦組件進行圖案化處理，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(shù)，精準判斷P1劃線的優(yōu)劣情況。

• 通斷測試功能：可進行通斷測試，確保電池區(qū)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(chǎn)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）。

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