鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）的規模化應用需依靠精密激光劃線實現串聯互聯，并需對電池參數進行空間表征以理解激光與材料的相互作用。本研究針對P3劃線步驟，探討了不同注量下納秒（ns）與皮秒（ps）激光脈沖的處理效果。通過大平臺鈣鈦礦電池PL測試儀的高精度成像，繪制了光學帶隙、烏爾巴赫能量及旁路電阻等關鍵參數的空間分布，并結合電學測量數據進行分析。結果表明，在優化注量下，兩種激光均可實現有效的串聯互聯，且性能損失最小。為激光劃線技術在工業級鈣鈦礦組件生產中的適用性提供了重要依據。

柔性鈣鈦礦的核心價值

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樣品制備

樣品制備遵循標準鈣鈦礦工藝流程，包括：ITO透明前電極沉積、P1激光劃線、清洗處理、SnO?電子傳輸層制備、鈣鈦礦吸收層旋涂、空穴傳輸層旋涂、P2激光劃線、金背電極蒸鍍和P3激光劃線。

激光劃線

樣品制備的激光工藝參數

激光加工系統配備ps和ns激光源。P1和P2參數保持不變，P3步驟采用三種注量條件（低、最優、高）。劃線過程中樣品在氮氣環境中處理以減少降解和碎屑。

PL和電學性能表征

高光譜PL成像系統，使用405 nm和532 nm連續激光激發，空間分辨率約1 μm，光譜分辨率優于2.5 nm。電性能測試采用AAA級太陽模擬器，記錄J-V曲線。

PL強度與中心波長分析

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鈣鈦礦樣品的光致發光通量（光子 / 秒）圖像：(a) 采用ns激光脈沖刻蝕，最優注量為 1.36 J/cm2；(b) 采用ps激光脈沖刻蝕，最優注量為 2.31 J/cm2

鈣鈦礦樣品局部中心光致發光發射波長的空間分辨圖像：(a–c) 為ns激光脈沖刻蝕樣品，(d–f) 為ps激光脈沖刻蝕樣品，均涵蓋三種注量區間：(a,d) 低注量、(b,e) 最優注量、(c,f) 高注量。

ns和ps激光脈沖刻蝕時，沿激光刻蝕線觀察到的飛濺物數量隨施加注量的變化對比。溝槽附近分析區域的寬度與對應溝槽的寬度一致

在最優注量下，758 nm附近觀察到均勻的PL發射，對應帶隙約1.64 eV。劃線溝槽內檢測到的PL信號來自殘留吸收層材料，但不影響電學功能。劃線邊緣出現明顯紅移，歸因于材料改變和爆炸沸騰導致的噴濺物冷凝。ps激光在材料去除效率上優于ns激光。

烏爾巴赫能量分析

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鈣鈦礦樣品局部烏爾巴赫能量的空間分辨圖像：(a–c) 為ns激光脈沖刻蝕樣品，(d–f) 為ps激光脈沖刻蝕樣品

烏爾巴赫能量（E?）可直接反映鈣鈦礦中的陷阱態密度。ns激光在低注量下E?升高，可能由于材料去除不徹底；而ps激光在高注量下因光束非高斯分布導致上邊緣損傷加劇。兩種激光在優化注量下均適用于P3劃線。

旁路電阻分析

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鈣鈦礦樣品局部分流電阻（R??）的空間分辨圖像：(a–c) 為ns激光脈沖刻蝕樣品，(d–f) 為ps激光脈沖刻蝕樣品

通過PL圖像推導的局部旁路電阻顯示，劃線邊緣存在島狀高阻區域，可能與溴化物和碘化物相分離導致的材料退化有關。ns和ps激光在Rsh方面無顯著差異。

電性能分析

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采用ns和ps激光脈沖刻蝕的三段微型模塊的電流密度 - 電壓（J-V）曲線

J-V曲線表明，在不同注量條件下均可實現有效的串聯互聯。低注量下性能下降因材料去除不足，高注量下因過熱和過度燒蝕。最優注量下，尤其是ns激光，性能最佳。

ns激光脈沖（a）和ps激光脈沖（b）刻蝕的鈣鈦礦樣品中，FF、η、R?及R??隨注量的變化曲線圖

從J-V曲線提取的參數表明，填充因子和轉換效率在最優注量下最高，串聯電阻保持低且穩定，說明ITO層未受損。

本研究通過高光譜PL成像技術分析了納秒和皮秒激光在P3劃線中對鈣鈦礦層的影響。結果顯示，兩種激光均能實現有效劃線，鈣鈦礦對激光熱效應不敏感。注量對電參數的影響比脈沖持續時間更顯著，且工藝窗口較寬，可容忍生產條件波動，適用于大規模制造。

美能大平臺鈣鈦礦電池PL測試儀

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大平臺鈣鈦礦電池PL測試儀通過非接觸、高精度、實時反饋等特性，系統性解決了太陽能電池生產中的速度、良率、成本、工藝優化與穩定性等核心痛點，并且結合AI深度學習，實現全自動缺陷識別與工藝反饋。

PL高精度成像：采用線掃激光，成像精度＜75um/pix（成像精度可定制）

支持 16bit 顏色灰度：同時清晰呈現高亮區域（如無缺陷區）與低亮區域（如缺陷暗斑）

高速在線PL檢測缺陷：檢測速度≤2s，漏檢率< 0.1%；誤判率< 0.3%

AI缺陷識別分類訓練：實現全自動缺陷識別與工藝反饋

大平臺鈣鈦礦電池PL測試儀有效評估劃線區域的局部材料變化，這些變化與互聯質量和電池性能相關。本研究為工業級鈣鈦礦組件的激光劃線工藝優化提供了重要依據。

原文參考：Loss Analysis of P3 Laser Patterning of Perovskite Solar Cells via Hyperspectral Photoluminescence Imaging