在鈣鈦礦太陽能電池串聯結構的制備過程中，需對不同功能膜層進行精確定位劃線。目前，劃刻工藝主要包括掩模板法、化學蝕刻、機械劃片與激光劃片等方式，其中激光劃片因能夠實現更高精度的劃區逐漸成為主流技術，引入美能鈣鈦礦大面積影像測試儀，對劃線形貌、材料殘留及界面質量進行實時監測與智能分析。

本研究采用532 nm波長、300 fs脈沖寬度的光纖飛秒激光系統，成功完成了P1、P2及P3全部劃線的制備。經工藝參數優化，最終確定P1劃線的最佳參數為劃片速度2000 mm/s、激光功率1.8 W，實現了縫寬小于10 μm的高質量劃線。結果表明，激光劃片技術在提升鈣鈦礦太陽能電池組件互聯性能方面具有重要應用價值。

實驗部分

Millennial Solar

實驗材料

激光刻劃的鈣鈦礦組件由 P1、P2、P3 三層構成；P1層：厚度約500 nm的ITO玻璃；P2層：約800 nm的混合膜層，包含SnO?（ETL）、FA?.??Cs?.??PbI?鈣鈦礦吸收層和Spiro-OMeTAD（HTL）；P3層：厚度約80 nm的納米金（Au）層。

實驗裝置

選用脈沖寬度300 fs、波長532 nm的飛秒激光器，最大平均功率40 W，最大重復頻率500 kHz。光束直徑2 mm，使用2–10倍擴束器。激光可工作于單脈沖或脈沖串模式（ 1–10個脈沖可調），光束垂直照射樣品，樣品置于XY電動平臺上，定位精度達微米級。

表征手段

通過視頻顯微鏡觀察樣品微觀形貌與結構，激光共聚焦顯微鏡進行劃區三維成像與劃痕深度測量，使用數字萬用表測量樣品電阻率。

P1劃線工藝優化

Millennial Solar

不同功率范圍下的激光P1劃線顯微圖像與電阻測量圖

P1劃線的目標是完全去除ITO層而不損傷玻璃基板，當激光功率低于1.8 W時，劃線不徹底，兩側電阻仍導通（17.3 Ω）；功率高于2.4 W則導致玻璃基板損傷，出現黑色灼燒區域；在1.8–2.4 W范圍內可實現清晰隔離且無基底損傷。

不同激光劃線速度下的P1劃線區域顯微圖像

激光功率為2.4W時，不同速度下的P1劃線顯微圖像

激光功率為2.1W時，不同速度下的P1劃線顯微圖像

激光功率為1.8W時，不同速度下的P1劃線顯微圖像

劃片速度也對加工質量有顯著影響。速度超過2500 mm/s時熱影響區明顯增大，因此推薦速度控制在2500 mm/s以下。在固定功率為2.4 W、2.1 W和1.8 W條件下，分別測試500–2500 mm/s速度范圍內的劃線效果。

P1劃線寬度與加工速度的關系圖

結果表明，隨著速度提高，劃線形貌由粗糙、邊緣撕裂逐漸變為均勻條紋，平均縫寬分別從11.74 μm、11.42 μm、10.83 μm下降至10.03 μm、9.52 μm、9.16 μm。在500 mm/s時存在明顯熱影響，其他條件下熱影響區寬度均控制在1 μm以內。

綜合功率與速度的影響，確定P1最優工藝參數為：功率1.8 W，速度2000 mm/s，頻率1000 kHz，單脈沖模式，零離焦。此條件下縫寬最小、熱影響可控，滿足高效組件對“死區”寬度的嚴苛要求。

P2劃線工藝

Millennial Solar

激光P2劃線的 (a) 顯微圖像 與 (b) 三維成像深度測試圖

P2需穿透Perovskite / HTL / Au多層結構而不損傷P1層的ITO，技術難度最高。實驗采用填充劃線模式（線寬100 μm），在功率0.46 W、速度4000 mm /s條件下，劃深858 nm，剛好完全去除P2層而不損傷底層ITO。

P3劃線工藝

Millennial Solar

激光P3劃線的 (a) 顯微圖像 與 (b) 三維成像深度測試圖

P3需去除金電極并隔離相鄰單元，優化參數為功率0.2 W、速度6000 mm/s，劃深534 nm。雖略深于金層厚度，但未損傷P1層，滿足電學隔離要求。

本研究系統優化了鈣鈦礦太陽能電池組件飛秒激光劃片工藝，明確了P1劃線應在1.8–2.4 W功率和低于2500 mm/s速度范圍內進行，既可完全隔離ITO層又避免損傷玻璃基板，同時發現提高速度或降低功率可有效減小縫寬及熱影響區，最終確定P1最優參數為功率1.8 W、速度2000 mm/s、頻率1000 kHz的單脈沖模式；P2和P3劃線則分別在0.46 W/4000 mm/s和0.2 W/6000 mm/s條件下實現精確刻蝕且不損傷底層結構。該工藝為鈣鈦礦組件實現高效互聯、最小化死區提供了可靠的技術路徑。

美能鈣鈦礦大面積影像測試儀

Millennial Solar

美能鈣鈦礦大面積影像測試儀是一種基于CCD數位影像和顯微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：可實現劃線寬度及間距±3um精度

更快檢測速度：單點尺寸檢測≤3.5s，掃描整面電池<120s

數據庫支持：圖像尺寸自動標注，并形成ecl數據文檔，方便研發人員取用

采用美能鈣鈦礦大面積影像測試儀的高倍率光學放大與CCD數字成像技術，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，推動鈣鈦礦組件產業化發展。

原文參考：The study of laser scribing for the perovskite solar cells module

*特別聲明：「美能光伏」公眾號所發布的原創及轉載文章，僅用于學術分享和傳遞光伏行業相關信息。未經授權，不得抄襲、篡改、引用、轉載等侵犯本公眾號相關權益的行為。內容僅供參考，若有侵權，請及時聯系我司進行刪除。