鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）憑借其高功率轉換效率（PCE）、低制造成本及可調帶隙等優勢，被視為下一代光伏技術的核心候選。然而，從實驗室級別的小面積電池（0.057 cm2，PCE 26.1%）擴展至工業級組件（PSMs）和大面積面板（PSPs）時，效率顯著下降，成為規模化應用的瓶頸。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激光劃線優化及封裝工藝創新，成功實現了156 cm2組件的17.68% PCE和0.73 m2面板的12% PCE，為鈣鈦礦光伏技術的工業化提供了關鍵技術路徑。

不同尺寸鈣鈦礦太陽能組件PSMs有效面積的PCE對比

鈣鈦礦組件的優化設計

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電子傳輸層（ETL）優化：采用介孔TiO?（m-TiO?）結合石墨烯薄片，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（460°C）確保ETL的化學穩定性，避免SnO?基平面結構的均勻性缺陷。 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，增強抗濕氧侵蝕能力，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（效率高但熱穩定性差）與PTAA（機械穩定性優），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) 死區寬度最小化（≈120 μm），實現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皮秒激光優化刻劃參數（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個子電池串聯的矩形布局（長寬比優化），降低串聯電阻，減少電流損耗。

鈣鈦礦太陽能組件PSMs性能

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• 規模化效率表現

15.6×15.6 cm2組件：PTAA基組件PCE為16.32%（Voc=25.5 V，Isc=133.3 mA，FF=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

串聯電阻增加：組件尺寸增大導致電極電阻上升，FF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（每行5個串聯組件）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。

面板封裝側視圖

• 封裝技術：

熱塑性離子聚合物（Jurasol）：替代傳統EVA，避免乙酸腐蝕，但楊氏模量高（>1 GPa）引發熱應力。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：面板PCE達12.0±1.6%，最大功率65 W，Voc穩定于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）與頻率關系(c) 極化電阻（Rp）隨頻率變化失效分析：

• 封裝材料剛性：引發脫層與電氣連接斷裂，導致金電極遷移。
• 環境波動：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合先進的激光劃線技術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%），驗證了大規模制造的技術可行性。

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，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）。

在規模化生產過程中，美能鈣鈦礦P1激光劃線測試儀發揮了關鍵作用，其高效測試能力顯著優化了P1劃線的電阻控制，確保刻線質量與電池長期穩定性。通過材料創新和工藝優化，我們不僅提高了PSMs的PCE和GFF，還在實際測試中驗證了PSPs的性能和穩定性。

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

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