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鈣鈦礦電池技術中激光設備應用梳理

來源:民生證券分析師 李哲、占豪2023-03-06 我要評論(0 )   

作為第三代光伏電池技術,鈣鈦礦電池因其材料特性,相比二晶硅與薄膜電池具備較強的理論優(yōu)勢。 理論效率更高,單結鈣鈦礦電池理論效率極限可達 33%,高于第一代晶硅電池...

作為第三代光伏電池技術,鈣鈦礦電池因其材料特性,相比二晶硅與薄膜電池具備較強的理論優(yōu)勢。 理論效率更高,單結鈣鈦礦電池理論效率極限可達 33%,高于第一代晶硅電池和第二代薄膜電池。

鈣鈦礦電池優(yōu)勢突出


作為第三代光伏電池技術,鈣鈦礦電池因其材料特性,相比二晶硅與薄膜電池具備較強的理論優(yōu)勢。理論效率更高,單結鈣鈦礦電池理論效率極限可達 33%,高于第一代晶硅電池與第二代薄膜電池。同時,通過調整前驅體組分,鈣鈦礦帶隙可調、透光性優(yōu)異,可以制備鈣鈦礦/鈣鈦礦疊層(45%)與鈣鈦礦/晶硅疊層(43%),實現(xiàn)轉換效率的飛躍;理論成本更低,材料純度要求低、用量少、能耗理論成本低,規(guī)?;笤O備投資仍有降本空間;應用場景更加多元化,組件可柔性化制備,具備輕量化優(yōu)勢,終端應用場景多樣化;弱光響應好,吸先系數(shù)高,陰天及室內等弱光條件下,轉換效率相對更高;溫度系數(shù)更低,光生載流子遷移距離長、鈣鈦礦膜層厚度小,溫度對效率影響低。


激光設備是鈣鈦礦制備過程中必須工序

在形成鈣鈦礦電池的串聯(lián)結構時需要對不同膜層在不同的位置進行劃線。功能層的劃線可以通過掩膜版、化學蝕刻、機械或者激光劃線完成。激光劃線可以產(chǎn)生更細的劃線區(qū)域,目前激光劃線已逐漸取代其他劃線方法成為主要的劃線方法,同時激光設備還可以應用于鈣鈦礦的膜層清除工序環(huán)節(jié)。


P1 工藝:通過激光設備分割底部的 TCO 襯底。在導電玻璃電極 TCO 層制備完成后,在制備空穴傳輸層、鈣鈦礦層和電子傳輸層之前通過激光設備進行劃線,形成相互獨立的 TCO 襯底。激光劃線 P2 工藝:劃開空穴傳輸層、鈣鈦礦層和電子傳輸層。


P2 工藝:露出 TCO 襯底, 為連接相鄰兩節(jié)子電池的正負電極提供通道。完成空穴傳輸層、鈣鈦礦層和電子傳輸層制備之后,通過激光設備刻蝕空穴傳輸層、鈣鈦礦層和電子傳輸層, 暴露出 TCO 層,從而在下一步電極蒸鍍過程中能夠讓子電池之間的正負極相互連接。


P3 工藝:去除部分功能層以分割相鄰子電池的正極,為了保證不損傷 P2 層,本道工藝對激光設備加工精度要求較高。


激光清邊 P4 工藝:封裝前的清理工藝。激光清邊是指利用激光技術清除掉電池邊緣的沉積膜,而本工藝相對較為成熟,同樣可以應用于薄膜電池。激光清邊效率較高但是會產(chǎn)生膜層側邊互熔問題,從而導致短路,影響電池的效率和可靠性。業(yè)內已研發(fā)出兩次清邊法分別切除前電極和背電極的待去除邊緣,避免互熔問題。


鈣鈦礦電泵浦激光設備問題及解決辦法


鈣鈦礦表面存在大量的缺陷,通過引入合適的鈍化劑可有效削弱缺陷輔助的單分子復合;鈣鈦礦激光器中的熱效應嚴重,可通過縮小器件面積、用短脈沖源激勵、提高器件各功能層導電性、引入高散熱電極等方法,緩解其中的熱效應問題;電注入器件的結構設計方面:選用與鈣鈦礦能級更為匹配的載流子傳輸材料,提升各功能的電荷傳輸能力,優(yōu)化功能薄膜的質量與界面質量等;光學結構設計方面:降低散射損耗,在制備表面粗糙度低的薄膜的前提下,引入重結晶策略可有效降低表面粗糙度并減少針孔。降低金屬電極的寄生吸收,通過增強載流子傳輸層的光限制能力或者納米結構電極;促時粒子數(shù)反轉是實現(xiàn)電泵浦激光的一個有益補充。

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鈣鈦礦電池技術激光設備應用
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