基于高光谱光致发光PL成像，钙钛矿电池划线工艺的损失分析

钙钛矿太阳能电池（PSCs）的规模化应用需依靠精密激光划线实现串联互联，并需对电池参数进行空间表征以理解激光与材料的相互作用。本研究针对P3划线步骤，探讨了不同注量下纳秒（ns）与皮秒（ps）激光脉冲的处理效果。通过大平台钙钛矿电池PL测试仪的高精度成像，绘制了光学带隙、乌尔巴赫能量及旁路电阻等关键参数的空间分布，并结合电学测量数据进行分析。结果表明，在优化注量下，两种激光均可实现有效的串联互联，且性能损失最小。为激光划线技术在工业级钙钛矿组件生产中的适用性提供了重要依据。

柔性钙钛矿的核心价值

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样品制备

样品制备遵循标准钙钛矿工艺流程，包括：ITO透明前电极沉积、P1激光划线、清洗处理、SnO₂电子传输层制备、钙钛矿吸收层旋涂、空穴传输层旋涂、P2激光划线、金背电极蒸镀和P3激光划线。

激光划线

样品制备的激光工艺参数

激光加工系统配备ps和ns激光源。P1和P2参数保持不变，P3步骤采用三种注量条件（低、最优、高）。划线过程中样品在氮气环境中处理以减少降解和碎屑。

PL和电学性能表征

高光谱PL成像系统，使用405 nm和532 nm连续激光激发，空间分辨率约1 μm，光谱分辨率优于2.5 nm。电性能测试采用AAA级太阳模拟器，记录J-V曲线。

PL强度与中心波长分析

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钙钛矿样品的光致发光通量（光子 / 秒）图像：(a) 采用ns激光脉冲刻蚀，最优注量为 1.36 J/cm²；(b) 采用ps激光脉冲刻蚀，最优注量为 2.31 J/cm²

钙钛矿样品局部中心光致发光发射波长的空间分辨图像：(a–c) 为ns激光脉冲刻蚀样品，(d–f) 为ps激光脉冲刻蚀样品，均涵盖三种注量区间：(a,d) 低注量、(b,e) 最优注量、(c,f) 高注量。

ns和ps激光脉冲刻蚀时，沿激光刻蚀线观察到的飞溅物数量随施加注量的变化对比。沟槽附近分析区域的宽度与对应沟槽的宽度一致

在最优注量下，758 nm附近观察到均匀的PL发射，对应带隙约1.64 eV。划线沟槽内检测到的PL信号来自残留吸收层材料，但不影响电学功能。划线边缘出现明显红移，归因于材料改变和爆炸沸腾导致的喷溅物冷凝。ps激光在材料去除效率上优于ns激光。

乌尔巴赫能量分析

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钙钛矿样品局部乌尔巴赫能量的空间分辨图像：(a–c) 为ns激光脉冲刻蚀样品，(d–f) 为ps激光脉冲刻蚀样品

乌尔巴赫能量（Eᵤ）可直接反映钙钛矿中的陷阱态密度。ns激光在低注量下Eᵤ升高，可能由于材料去除不彻底；而ps激光在高注量下因光束非高斯分布导致上边缘损伤加剧。两种激光在优化注量下均适用于P3划线。

旁路电阻分析

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钙钛矿样品局部分流电阻（Rₛₕ）的空间分辨图像：(a–c) 为ns激光脉冲刻蚀样品，(d–f) 为ps激光脉冲刻蚀样品

通过PL图像推导的局部旁路电阻显示，划线边缘存在岛状高阻区域，可能与溴化物和碘化物相分离导致的材料退化有关。ns和ps激光在Rsh方面无显著差异。

电性能分析

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采用ns和ps激光脉冲刻蚀的三段微型模块的电流密度 - 电压（J-V）曲线

J-V曲线表明，在不同注量条件下均可实现有效的串联互联。低注量下性能下降因材料去除不足，高注量下因过热和过度烧蚀。最优注量下，尤其是ns激光，性能最佳。

ns激光脉冲（a）和ps激光脉冲（b）刻蚀的钙钛矿样品中，FF、η、Rₛ及Rₛₕ随注量的变化曲线图

从J-V曲线提取的参数表明，填充因子和转换效率在最优注量下最高，串联电阻保持低且稳定，说明ITO层未受损。

本研究通过高光谱PL成像技术分析了纳秒和皮秒激光在P3划线中对钙钛矿层的影响。结果显示，两种激光均能实现有效划线，钙钛矿对激光热效应不敏感。注量对电参数的影响比脉冲持续时间更显著，且工艺窗口较宽，可容忍生产条件波动，适用于大规模制造。

美能大平台钙钛矿电池PL测试仪

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大平台钙钛矿电池PL测试仪通过非接触、高精度、实时反馈等特性，系统性解决了太阳能电池生产中的速度、良率、成本、工艺优化与稳定性等核心痛点，并且结合AI深度学习，实现全自动缺陷识别与工艺反馈。

PL高精度成像：采用线扫激光，成像精度＜75um/pix（成像精度可定制）

支持 16bit 颜色灰度：同时清晰呈现高亮区域（如无缺陷区）与低亮区域（如缺陷暗斑）

高速在线PL检测缺陷：检测速度≤2s，漏检率< 0.1%；误判率< 0.3%

AI缺陷识别分类训练：实现全自动缺陷识别与工艺反馈

大平台钙钛矿电池PL测试仪有效评估划线区域的局部材料变化，这些变化与互联质量和电池性能相关。本研究为工业级钙钛矿组件的激光划线工艺优化提供了重要依据。

原文参考：Loss Analysis of P3 Laser Patterning of Perovskite Solar Cells via Hyperspectral Photoluminescence Imaging