Forschung und Anwendung der Lasertechnologie in Perowskit-Solarzellen

Herstellungsprozess von Perowskit-Solarzellen

Der Herstellungsprozess von Perowskit-Solarzellen umfasst mehrere präzise Schritte, wobei die Lasertechnologie eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung von Effizienz und Stabilität spielt. Die wichtigsten Schritte sind:

1. Untergrundvorbereitung: Reinigen und Vorbehandeln des Substrats (z. B. Glas oder flexible Polymere), um optimale Haftung und Leitfähigkeit zu gewährleisten.

   
   

2. Elektrodenabscheidung: Abscheidung transparenter leitfähiger Oxide (z. B. ITO oder FTO) als untere Elektroden.

   
   

3. Laserritzen (P1): Durch Lasertechnologie wird die untere Elektrode strukturiert, wobei einzelne Unterzellen isoliert werden, um Reihenschaltungen zu erzeugen.

   
   

4. Funktionelle Schichtbeschichtung: Sequentielles Abscheiden der Elektronentransportschicht (ETL), der Perowskit-Absorptionsschicht und der Lochtransportschicht (HTL).

   
   

5. Laserritzen (P2): Entfernen des ETL/Perowskit/HTL-Stapels, um die untere Elektrode zum Verbinden der Unterzellen freizulegen.

   
   

6. Top-Elektrodenabscheidung: Abscheiden der oberen Elektrode (z. B. Metall oder leitfähiges Oxid).

   
   

7. Laserritzen (P3): Strukturieren der oberen Elektrode, um die Reihenschaltung zwischen den Unterzellen zu vervollständigen.

   
   

8. Randentschichtung (P4): Durch Laserablation werden Randfilme (typischerweise 8–15 mm breit) entfernt, um die Kompatibilität der Kapselung sicherzustellen.

   
   

9. Verkapselung: Versiegeln des Geräts zum Schutz vor Umwelteinflüssen.

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Laseranwendungen

1.Ultraschnelle Laserbearbeitung

• Ultraschnelle Laser (z. B. Femtosekunden- oder Pikosekundenlaser) ermöglichenKalte Ablation, wodurch thermische Schäden an umgebenden Materialien minimiert werden.

  
  

• Kurze Pulsdauern(z. B. 300 fs) reduzieren die Wärmeeinflusszone (HAZ) und gewährleisten eine präzise Strukturierung ohne Beeinträchtigung benachbarter Schichten.

  
  

  
  

2.Laserritzen

• P1-, P2- und P3-AnreißenTeilen Sie die Zelle in miteinander verbundene Unterzellen auf und bilden Sie Reihenschaltungen, um eine höhere Spannungsausgabe zu erreichen.

  
  

• Tote Zone: Der nicht aktive Ritzbereich (z. B. P1/P2/P3-Linien) sollte minimiert werden (<150 μm), um Effizienzverluste zu reduzieren.

  
  

• Kantenlöschung: Das Entfernen der Randfolien (8–15 mm) verhindert Kurzschlüsse und gewährleistet die Zuverlässigkeit der Verkapselung.

  
  

  
  

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3.Fortgeschrittene Lasertechniken

• Strahlformung: Verwendung asphärischer Linsensysteme zur Umwandlung von Gaußschen Strahlen inFlachbalken, wodurch eine gleichmäßige Energieverteilung gewährleistet und Kantenschäden reduziert werden.

  
  

  
  

• Dynamische Trackingsysteme: Visuelle Verfolgungs- und Kompensationsalgorithmen in Echtzeit passen die Ritzpfade basierend auf der Position der P1-Linie an und minimieren so Fehlausrichtungen und die Breite der Totzone.

  
  

  
  

• Mehrstrahlverarbeitung: GW-Systeme (z. B. 24-Strahl-Laser) ermöglichen das Ritzen von großflächigen Modulen (z. B. 1200 × 2400 mm) mit hohem Durchsatz und Zykluszeiten von nur 30 Sekunden.

  
  

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Schlüsselausrüstung für Perowskit-Solarzellen

1. Laser-Scribing-Systeme:

   
   

• Ultrakurzpulslaser: Femtosekunden-/Pikosekundenlaser mit Wellenlängen von 532 nm oder 355 nm für präzises Ritzen.

  
  

• Mehrstrahloptik: Systeme mit 12–24 unabhängig gesteuerten Strahlen für die parallele Verarbeitung.

  
  

• Echtzeitüberwachung: Integrierte CCD-Bildgebung und konfokale Mikroskopie zur Messung von Ritztiefe, -breite und -defekten.

  
  

  
  

2. Dynamisches Tracking und Kompensation:

   
   

• Sensoren erkennen die Position der Linie P1 und passen die Pfade P2/P3 automatisch an, um einen gleichmäßigen Abstand (z. B. mit einer Genauigkeit von 10 μm) aufrechtzuerhalten.

  
  

• Vorteile: Reduziert die Breite der Totzone, verbessert die Effizienz und steigert die Produktionsausbeute.

  
  

  
  

3. Großflächenbearbeitungsgeräte:

   
   

• Laser-Scribing-Maschinen im GW-Maßstab (z. B. das System von Qinghong Laser) unterstützen Module mit bis zu 2,88 m² und erreichen Scribing-Geschwindigkeiten von 2000–6000 mm/s.

  
  

Laserbearbeitungseffekte

P1 Anreißen

• Objektiv: Entfernen Sie die untere Elektrode (z. B. ITO) vollständig, ohne das Substrat zu beschädigen.

  
  

• Optimierte Parameter:

  
  

• Laser: 532 nm Femtosekundenlaser, 1,8–2,4 W Leistung, 2000 mm/s Geschwindigkeit, 1000 kHz Frequenz.

  
  

• Ergebnis: Ritzbreite <10 μm, keine Beschädigung des Substrats und minimale WEZ (<1 μm).

  
  

  
  

P2 Anreißen

• Objektiv: Entfernen Sie den ETL/Perowskit/HTL-Stapel, um die untere Elektrode freizulegen, ohne sie zu beschädigen.

  
  

• Optimierte Parameter:

  
  

• Laser: 532 nm Femtosekundenlaser, 0,46 W Leistung, 4000 mm/s Geschwindigkeit.

  
  

• Ergebnis: Ritztiefe von ~858 nm, präzises Entfernen ohne Elektrodenbeschädigung.

  
  

  
  

P3-Anreißen

• Objektiv: Strukturieren Sie die obere Elektrode (z. B. Au), um benachbarte Unterzellen zu isolieren.

  
  

• Optimierte Parameter:

  
  

• Laser: 532 nm Femtosekundenlaser, 0,2 W Leistung, 6000 mm/s Geschwindigkeit.

  
  

• Ergebnis: Ritztiefe von ~534 nm, keine Beschädigung der darunterliegenden Schicht.

  
  

Zusammenfassung der Vorteile

1. Mehrstrahlverarbeitung: 12/24-Strahl-Lasersysteme bieten höhere Stabilität und unabhängige Leistungsregelung für jeden Strahl, was die Flexibilität und Zuverlässigkeit verbessert.

   
   

   
   

2. Fokusverfolgung in Echtzeit: Behält auch auf gekrümmten oder schwankenden Substraten konsistente Brennpunkte bei und gewährleistet so eine gleichmäßige Ritztiefe und -breite.

   
   

   
   

3. Visuelles Tracking und Kompensation: Passt den Abstand P1/P2/P3 dynamisch an, um Totzonen (<150 μm) zu minimieren und so die Umwandlungseffizienz und den Produktionsertrag zu verbessern.

   
   

   
   

4. Skalierbarkeit: Anlagen im GW-Maßstab ermöglichen die Produktion großflächiger Module (z. B. 2,88 m²) mit hohem Durchsatz (Zykluszeiten von 30 Sekunden).

   
   

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Dieser Überblick unterstreicht die entscheidende Rolle der Lasertechnologie für die Verbesserung der Effizienz, Skalierbarkeit und Kommerzialisierung von Perowskit-Solarzellen. Für spezifische technische Details oder Geräteempfehlungen wenden Sie sich an spezialisierte Hersteller wie Qinghong Laser oder Yuanlu Photonics.