机械一周解一惑系列：钙钛矿电池技术中激光设备应用梳理

本周关注：铁建重工、汉钟精机、郑煤机、建设机械
钙钛矿电池优势突出。作为第三代光伏电池技术，钙钛矿电池因其材料特性，相比于晶硅与薄膜电池具备较强的理论优势。理论效率更高，单结钙钛矿电池理论效率极限可达33%，高于第一代晶硅电池于第二代薄膜电池。同时，通过调整前驱体组分，钙钛矿带隙可调、透光性优异，可以制备钙钛矿/钙钛矿叠层（45%）与钙钛矿/晶硅叠层（43%），实现转换效率的飞跃；理论成本更低，材料纯度要求低、用量少、能耗理论成本低，规模化后设备投资仍有降本空间；应用场景更加多元化，组件可柔性化制备，具备轻量化优势，终端应用场景多样化；弱光响应好，吸光系数高，阴天及室内等弱光条件下，转换效率相对更高；温度系数更低，光生载流子迁移距离长、钙钛矿膜层厚度小，温度对效率影响低。
激光设备是钙钛矿制备过程中必须工序。在形成钙钛矿电池的串联结构时需要对不同膜层在不同的位置进行划线。功能层的划线可以通过掩膜版、化学蚀刻、机械或者激光划线完成。激光划线可以产生更细的划线区域，目前激光划线已逐渐取代其他划线方法成为主要的划线方法，同时激光设备还可以应用于钙钛矿的膜层清除工序环节。P1工艺：通过激光设备分割底部的TCO衬底。在导电玻璃电极TCO层制备完成后，在制备空穴传输层、钙钛矿层和电子传输层之前通过激光设备进行划线，形成相互独立的TCO衬底。激光划线P2工艺：划开空穴传输层、钙钛矿层和电子传输层；P2工艺：露出TCO衬底，为连接相邻两节子电池的正负电极提供通道。完成空穴传输层、钙钛矿层和电子传输层制备之后，通过激光设备刻蚀空穴传输层、钙钛矿层和电子传输层，暴露出TCO层，仍而在下一步电极蒸镀过程中能够让子电池之间的正负极相互连接；P3工艺：去除部分功能层以分割相邻子电池的正极，为了求证不损伤P2层，本道工艺对激光设备加工精度要求较高。激光清边P4工艺：封装前的清理工艺。激光清边是指利用激光技术清除掉电池边缘的沉积膜，而本工艺相对较为成熟，同样可以应用于薄膜电池。激光清边效率较高但是会产生膜层侧边互熔问题，仍而导致短路，影响电池的效率和可靠性。业内已研发出两次清边法分别切除前电极和背电极的待去除边缘，避免互熔问题。
钙钛矿电泵浦激光设备问题及解决办法：钙钛矿表面存在大量的缺陷，通过引入合适的钝化剂可有效削弱缺陷辅劣的单分子复合；钙钛矿激光器中的热效应严重，可通过缩小器件面积、用短脉冲源激励、提高器件各功能层导电性、引入高散热电极等方法，缓解其中的热效应问题；电注入器件的结构设计方面：选用与钙钛矿能级更为匘配的载流子传输材料，提升各功能层的电荷传输能力，优化功能薄膜的质量与界面质量等；光学结构设计方面：降低散射损耗，在制备表面粗糙度低的薄膜的前提下，引入重结晶策略可有效降低表面粗糙度并减少针孔。降低金属电极的寄生吸收，通过增强载流子传输层的光限制能力或者纳米结构电极；促进粒子数反转是实现电泵浦激光的一个有益补充。
投资建议：建议关注布局钙钛矿激光设备厂商：杰普特、德龙激光、帝尔激光、大族激光。
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