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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(wei) 第三代光伏電池技術,鈣鈦礦電池因其材料特性,相比二晶矽與(yu) 薄膜電池具備較強的理論優(you) 勢。 理論效率更高,單結鈣鈦礦電池理論效率極限可達 33%,高於(yu) 第一代晶矽電池...

作為(wei) 第三代光伏電池技術,鈣鈦礦電池因其材料特性,相比二晶矽與(yu) 薄膜電池具備較強的理論優(you) 勢。 理論效率更高,單結鈣鈦礦電池理論效率極限可達 33%,高於(yu) 第一代晶矽電池和第二代薄膜電池。

鈣鈦礦電池優勢突出


作為(wei) 第三代光伏電池技術,鈣鈦礦電池因其材料特性,相比二晶矽與(yu) 薄膜電池具備較強的理論優(you) 勢。理論效率更高,單結鈣鈦礦電池理論效率極限可達 33%,高於(yu) 第一代晶矽電池與(yu) 第二代薄膜電池。同時,通過調整前驅體(ti) 組分,鈣鈦礦帶隙可調、透光性優(you) 異,可以製備鈣鈦礦/鈣鈦礦疊層(45%)與(yu) 鈣鈦礦/晶矽疊層(43%),實現轉換效率的飛躍;理論成本更低,材料純度要求低、用量少、能耗理論成本低,規模化後設備投資仍有降本空間;應用場景更加多元化,組件可柔性化製備,具備輕量化優(you) 勢,終端應用場景多樣化;弱光響應好,吸先係數高,陰天及室內(nei) 等弱光條件下,轉換效率相對更高;溫度係數更低,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。


激光設備是鈣鈦礦製備過程中必須工序

在形成鈣鈦礦電池的串聯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(chan) 生更細的劃線區域,目前激光劃線已逐漸取代其他劃線方法成為(wei) 主要的劃線方法,同時激光設備還可以應用於(yu) 鈣鈦礦的膜層清除工序環節。


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 層製備完成後,在製備空穴傳(chuan) 輸層、鈣鈦礦層和電子傳(chuan) 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(chuan) 輸層、鈣鈦礦層和電子傳(chuan) 輸層。


P2 工藝:露出 TCO 襯底, 為(wei) 連接相鄰兩(liang) 節子電池的正負電極提供通道。完成空穴傳(chuan) 輸層、鈣鈦礦層和電子傳(chuan) 輸層製備之後,通過激光設備刻蝕空穴傳(chuan) 輸層、鈣鈦礦層和電子傳(chuan) 輸層, 暴露出 TCO 層,從(cong) 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(wei) 了保證不損傷(shang) 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(wei) 成熟,同樣可以應用於(yu) 薄膜電池。激光清邊效率較高但是會(hui) 產(chan) 生膜層側(ce) 邊互熔問題,從(cong) 而導致短路,影響電池的效率和可靠性。業(ye) 內(nei) 已研發出兩(liang) 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(jue) 辦法


鈣鈦礦表麵存在大量的缺陷,通過引入合適的鈍化劑可有效削弱缺陷輔助的單分子複合;鈣鈦礦激光器中的熱效應嚴(yan) 重,可通過縮小器件麵積、用短脈衝(chong) 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麵:選用與(yu) 鈣鈦礦能級更為(wei) 匹配的載流子傳(chuan) 輸材料,提升各功能的電荷傳(chuan) 輸能力,優(you) 化功能薄膜的質量與(yu) 界麵質量等;光學結構設計方麵:降低散射損耗,在製備表麵粗糙度低的薄膜的前提下,引入重結晶策略可有效降低表麵粗糙度並減少針孔。降低金屬電極的寄生吸收,通過增強載流子傳(chuan) 輸層的光限製能力或者納米結構電極;促時粒子數反轉是實現電泵浦激光的一個(ge) 有益補充。

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