Investigación y aplicación de la tecnología láser en células solares de perovskita

Proceso de fabricación de células solares de perovskita

El proceso de fabricación de células solares de perovskita implica múltiples pasos precisos, donde la tecnología láser desempeña un papel fundamental para mejorar la eficiencia y la estabilidad. Los pasos clave incluyen:

1. Preparación del sustrato:Limpieza y pretratamiento del sustrato (por ejemplo, vidrio o polímeros flexibles) para garantizar una adhesión y conductividad óptimas.

2. Deposición de electrodos:Depositar óxidos conductores transparentes (por ejemplo, ITO o FTO) como electrodos inferiores.

3. Trazado láser (P1):Utilizando tecnología láser para crear un patrón del electrodo inferior, aislando subceldas individuales para crear conexiones en serie.

4. Recubrimiento de capa funcional:Deposición secuencial de la capa de transporte de electrones (ETL), la capa de absorción de perovskita y la capa de transporte de huecos (HTL).

5. Trazado láser (P2):Retirada de la pila ETL/perovskita/HTL para exponer el electrodo inferior para interconectar las subceldas.

6. Deposición del electrodo superior:Depositar el electrodo superior (por ejemplo, metal u óxido conductor).

7. Trazado láser (P3): Modelado del electrodo superior para completar la conexión en serie entre subceldas.

8. Eliminación de bordes (P4):Utilizando ablación láser para eliminar películas periféricas (normalmente de 8 a 15 mm de ancho) para garantizar la compatibilidad de encapsulación.

9. Encapsulación:Sellado del dispositivo para protegerlo contra la degradación ambiental.

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Aplicaciones del láser

1.Procesamiento láser ultrarrápido

• Los láseres ultrarrápidos (por ejemplo, los láseres de femtosegundos o picosegundos) permitenablación en frío, minimizando el daño térmico a los materiales circundantes.

• Duraciones de pulso cortas(por ejemplo, 300 fs) reduce la zona afectada por el calor (HAZ), lo que garantiza un patrón preciso sin comprometer las capas adyacentes.

  
  

2.Trazado láser

• Trazado P1, P2 y P3divide la celda en subceldas interconectadas, formando conexiones en serie para lograr una salida de voltaje más alta.

• Zona muerta:La región de trazado no activa (por ejemplo, líneas P1/P2/P3) debe minimizarse (<150 μm) para reducir las pérdidas de eficiencia.

• Eliminación de bordes:La eliminación de películas periféricas (8–15 mm) evita cortocircuitos y garantiza la confiabilidad de la encapsulación.

  
  

3.Técnicas avanzadas de láser

• Conformación del haz:Uso de sistemas de lentes asféricas para transformar rayos gaussianos envigas de superficie plana, asegurando una distribución uniforme de la energía y reduciendo los daños en los bordes.

  
  

• Sistemas de seguimiento dinámicoLos algoritmos de compensación y seguimiento visual en tiempo real ajustan las trayectorias de trazado en función de la posición de la línea P1, lo que minimiza la desalineación y el ancho de la zona muerta.

  
  

• Procesamiento multihaz:Los sistemas a escala GW (por ejemplo, láseres de 24 haces) permiten un trazado de alto rendimiento para módulos de área grande (por ejemplo, 1200 × 2400 mm) con tiempos de ciclo tan bajos como 30 segundos.

Equipos clave para células solares de perovskita

1. Sistemas de trazado láser:

• Láseres ultrarrápidos:Láseres de femtosegundos/picosegundos con longitudes de onda de 532 nm o 355 nm para un trazado preciso.

• Óptica multihaz:Sistemas con 12–24 haces controlados independientemente para procesamiento paralelo.

• Monitoreo en tiempo realImágenes CCD integradas y microscopía confocal para medir la profundidad, el ancho y los defectos del trazado.

  
  

2. Seguimiento dinámico y compensación:

• Los sensores detectan la posición de la línea P1 y ajustan automáticamente las rutas P2/P3 para mantener un espaciado constante (por ejemplo, precisión de 10 μm).

• Beneficios:Reduce el ancho de la zona muerta, mejora la eficiencia y mejora el rendimiento de la producción.

  
  

3. Equipos de procesamiento de áreas grandes:

• Las máquinas de trazado láser a escala GW (por ejemplo, el sistema de Qinghong Laser) admiten módulos de hasta 2,88 m² y alcanzan velocidades de trazado de 2000 a 6000 mm/s.

Efectos del procesamiento láser

P1 Trazado

• Objetivo:Retire completamente el electrodo inferior (por ejemplo, ITO) sin dañar el sustrato.

• Parámetros optimizados:

• Láser:Láser de femtosegundo de 532 nm, potencia de 1,8 a 2,4 W, velocidad de 2000 mm/s, frecuencia de 1000 kHz.

• Resultado:Ancho de trazado <10 μm, sin daños en el sustrato y ZAT mínima (<1 μm).

  
  

P2 Trazado

• Objetivo:Retire la pila ETL/perovskita/HTL para exponer el electrodo inferior sin dañarlo.

• Parámetros optimizados:

• Láser:Láser de femtosegundo de 532 nm, potencia de 0,46 W, velocidad de 4000 mm/s.

• Resultado:Profundidad de trazado de ~858 nm, eliminación precisa sin dañar el electrodo.

  
  

P3 Trazado

• Objetivo: Modele el electrodo superior (por ejemplo, Au) para aislar las subceldas adyacentes.

• Parámetros optimizados:

• Láser:Láser femtosegundo de 532 nm, potencia de 0,2 W, velocidad de 6000 mm/s.

• Resultado:Profundidad de trazado de ~534 nm, sin daños en la capa subyacente.

  
  

Resumen de ventajas

1. Procesamiento multihaz:Los sistemas láser de 12/24 haces ofrecen mayor estabilidad y control de potencia independiente para cada haz, lo que mejora la flexibilidad y la confiabilidad.

   
   

2. Seguimiento del enfoque en tiempo realMantiene puntos focales consistentes incluso en sustratos curvos o fluctuantes, lo que garantiza una profundidad y un ancho de trazado uniformes.

   
   

3. Seguimiento visual y compensación:Ajusta dinámicamente el espaciado P1/P2/P3 para minimizar las zonas muertas (<150 μm), mejorando la eficiencia de conversión y el rendimiento de producción.

   
   

4. Escalabilidad:Los equipos a escala de GW permiten la producción de módulos de gran superficie (por ejemplo, 2,88 m²) con un alto rendimiento (tiempos de ciclo de 30 segundos).

Palabras clave SEO

Palabras clave principales:

• Grabado láser de células solares de perovskita

• Procesamiento láser ultrarrápido de perovskita

• Patrón láser P1 P2 P3

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• Fabricación de módulos de perovskita de gran superficie

Palabras clave de cola larga:

• Trazado láser de femtosegundos para baterías de perovskita

• Sistema de seguimiento dinámico de patrones láser

• Equipo de rayado láser multihaz

• Procesamiento de láser de perovskita a escala GW

• Perovskita encapsulada con eliminación de bordes por láser

Este resumen destaca el papel crucial de la tecnología láser en el avance de la eficiencia, la escalabilidad y la comercialización de las células solares de perovskita. Para obtener detalles técnicos específicos o recomendaciones de equipos, consulte con fabricantes especializados como Qinghong Laser o Yuanlu Photonics.