Ricerca e applicazione della tecnologia laser nelle celle solari in perovskite

Processo di produzione delle celle solari in perovskite

Il processo di produzione delle celle solari a perovskite prevede molteplici fasi precise, in cui la tecnologia laser gioca un ruolo fondamentale nel migliorarne l'efficienza e la stabilità. Le fasi principali includono:

1. Preparazione del substrato: Pulizia e pretrattamento del substrato (ad esempio vetro o polimeri flessibili) per garantire un'adesione e una conduttività ottimali.

   
   

2. Deposizione di elettrodi: Deposito di ossidi conduttivi trasparenti (ad esempio ITO o FTO) come elettrodi inferiori.

   
   

3. Incisione laser (P1): Utilizzo della tecnologia laser per modellare l'elettrodo inferiore, isolando le singole sottocelle per creare connessioni in serie.

   
   

4. Rivestimento funzionale: Deposizione sequenziale dello strato di trasporto degli elettroni (ETL), dello strato di assorbimento della perovskite e dello strato di trasporto delle lacune (HTL).

   
   

5. Incisione laser (P2): Rimozione della pila ETL/perovskite/HTL per esporre l'elettrodo inferiore per l'interconnessione delle sottocelle.

   
   

6. Deposizione dell'elettrodo superiore: Deposito dell'elettrodo superiore (ad esempio, metallo o ossido conduttivo).

   
   

7. Incisione laser (P3): Modellazione dell'elettrodo superiore per completare la connessione in serie tra le sottocelle.

   
   

8. Eliminazione dei bordi (P4): Utilizzo dell'ablazione laser per rimuovere le pellicole periferiche (in genere larghe 8–15 mm) per garantire la compatibilità dell'incapsulamento.

   
   

9. Incapsulamento: Sigillare il dispositivo per proteggerlo dal degrado ambientale.

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Applicazioni laser

1.Elaborazione laser ultraveloce

• I laser ultraveloci (ad esempio, laser a femtosecondi o picosecondi) consentonoablazione a freddo, riducendo al minimo i danni termici ai materiali circostanti.

  
  

• Brevi durate degli impulsi(ad esempio, 300 fs) riducono la zona termicamente alterata (HAZ), garantendo una modellazione precisa senza compromettere gli strati adiacenti.

  
  

  
  

2.Incisione laser

• Scrittura P1, P2 e P3dividere la cella in sottocelle interconnesse, formando connessioni in serie per ottenere una tensione di uscita più elevata.

  
  

• Zona morta: La regione di incisione non attiva (ad esempio, linee P1/P2/P3) dovrebbe essere ridotta al minimo (<150 μm) per ridurre le perdite di efficienza.

  
  

• Eliminazione dei bordi: La rimozione delle pellicole periferiche (8–15 mm) previene i cortocircuiti e garantisce l'affidabilità dell'incapsulamento.

  
  

  
  

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3.Tecniche laser avanzate

• Sagomatura del fascio: Utilizzo di sistemi di lenti asferiche per trasformare i fasci gaussiani intravi a sommità piatta, garantendo una distribuzione uniforme dell'energia e riducendo i danni ai bordi.

  
  

  
  

• Sistemi di tracciamento dinamico: Gli algoritmi di tracciamento visivo e compensazione in tempo reale regolano i percorsi di incisione in base alla posizione della linea P1, riducendo al minimo il disallineamento e la larghezza della zona morta.

  
  

  
  

• Elaborazione multi-raggio: I sistemi su scala GW (ad esempio, laser a 24 raggi) consentono la tracciatura ad alta produttività per moduli di grandi dimensioni (ad esempio, 1200 × 2400 mm) con tempi di ciclo pari a soli 30 secondi.

  
  

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Attrezzatura chiave per celle solari in perovskite

1. Sistemi di incisione laser:

   
   

• Laser ultraveloci: Laser a femtosecondi/picosecondi con lunghezze d'onda di 532 nm o 355 nm per una tracciatura precisa.

  
  

• Ottica multi-raggio: Sistemi con 12–24 fasci controllati indipendentemente per l'elaborazione parallela.

  
  

• Monitoraggio in tempo reale: Imaging CCD integrato e microscopia confocale per misurare la profondità, la larghezza e i difetti dell'incisione.

  
  

  
  

2. Tracciamento dinamico e compensazione:

   
   

• I sensori rilevano la posizione della linea P1 e regolano automaticamente i percorsi P2/P3 per mantenere una spaziatura costante (ad esempio, precisione di 10 μm).

  
  

• Benefici: Riduce la larghezza della zona morta, migliora l'efficienza e aumenta la resa produttiva.

  
  

  
  

3. Attrezzature per l'elaborazione di grandi aree:

   
   

• Le macchine per incisione laser su scala GW (ad esempio il sistema Qinghong Laser) supportano moduli fino a 2,88 m², raggiungendo velocità di incisione di 2000–6000 mm/s.

  
  

Effetti dell'elaborazione laser

P1 Scribing

• Obiettivo: Rimuovere completamente l'elettrodo inferiore (ad esempio ITO) senza danneggiare il substrato.

  
  

• Parametri ottimizzati:

  
  

• Laser: Laser femtosecondo da 532 nm, potenza 1,8–2,4 W, velocità 2000 mm/s, frequenza 1000 kHz.

  
  

• Risultato: Larghezza di incisione <10 μm, nessun danno al substrato e HAZ minima (<1 μm).

  
  

  
  

Scrittura P2

• Obiettivo: Rimuovere la pila ETL/perovskite/HTL per esporre l'elettrodo inferiore senza danneggiarlo.

  
  

• Parametri ottimizzati:

  
  

• Laser: Laser femtosecondo da 532 nm, potenza 0,46 W, velocità 4000 mm/s.

  
  

• Risultato: Profondità di incisione di ~858 nm, rimozione precisa senza danni all'elettrodo.

  
  

  
  

Scrittura P3

• Obiettivo: Modellare l'elettrodo superiore (ad esempio, Au) per isolare le sottocelle adiacenti.

  
  

• Parametri ottimizzati:

  
  

• Laser: Laser femtosecondo da 532 nm, potenza 0,2 W, velocità 6000 mm/s.

  
  

• Risultato: Profondità di incisione di ~534 nm, nessun danno allo strato sottostante.

  
  

Riepilogo dei vantaggi

1. Elaborazione multi-raggio: I sistemi laser a 12/24 raggi offrono maggiore stabilità e controllo indipendente della potenza per ciascun raggio, migliorando flessibilità e affidabilità.

   
   

   
   

2. Monitoraggio della messa a fuoco in tempo reale: Mantiene punti focali uniformi anche su substrati curvi o fluttuanti, garantendo una profondità e una larghezza di incisione uniformi.

   
   

   
   

3. Monitoraggio visivo e compensazione: Regola dinamicamente la spaziatura P1/P2/P3 per ridurre al minimo le zone morte (<150 μm), migliorando l'efficienza di conversione e la resa produttiva.

   
   

   
   

4. Scalabilità: Le apparecchiature su scala GW consentono la produzione di moduli di grandi dimensioni (ad esempio 2,88 m²) con elevata produttività (tempi di ciclo di 30 secondi).

   
   

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Parole chiave principali:

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• Perovskite con lavorazione laser ultraveloce

  
  

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• Incisione laser a femtosecondi per batterie a perovskite

  
  

• Sistema di tracciamento dinamico con modellazione laser

  
  

• Attrezzatura per incisione laser multi-raggio

  
  

• Elaborazione laser di perovskite su scala GW

  
  

• Perovskite incapsulata con delezione del bordo laser

Questa panoramica evidenzia il ruolo cruciale della tecnologia laser nel migliorare l'efficienza, la scalabilità e la commercializzazione delle celle solari a perovskite. Per dettagli tecnici specifici o raccomandazioni sulle apparecchiature, consultare produttori specializzati come Qinghong Laser o Yuanlu Photonics.