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光伏钙钛矿电池行业如何选择激光刻蚀、划线机

发布时间:2020-04-09 来源:元禄光电

植物通过光合作用获取太阳能源从而生机勃勃,人类通过进食获取生存能源。伴随着人类对科学世界观的认知,人类的精神、物质生活越来越丰富,对附加产品的需求越来越高,而根据能量守恒定律,人类消耗的能源都是在地球资源中获取,尤其是对天然气、煤炭、原油的不可再生资源需求高,而这三种资源属于不可再生资源,资源告急,成为制约人类发展的瓶颈,因此发展一种可再生的清洁能源成为热点话题,光伏太阳能的技术发展也成为重点突破口,光伏太阳能电池正是在这样的档口中应运而生。

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太阳能电池板

顾名思义光伏太阳能电池是利用太阳光能,通过光电效应或光化学反应的方式,将光能转换成电能,并加以存储利用的技术。其原理是太阳光照在半导体p-n结上,形成新的空穴-电子对,在p-n结内建电场的作用下,光生空穴流向p区,光生电子流向n区,接通电路后就产生电流。

 

光伏太阳能电池经过一个多世纪的发展逐渐从原理技术走向商业应用,经历了诸多阶段,截至今日,光伏太阳能电池按照材料划分已经有硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池、塑料太阳能电池等,其中硅太阳能电池是发展最成熟的,在应用中居主导地位。

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单晶硅太阳能电池片

而随着人类对地球环境以及资源提取的认知越来越深,传统的光伏太阳能电池存在环境污染、资源消耗过重等问题,有一些材料如碲化镉材料还含有剧毒,需要开发新一代的高效太阳能光伏电池,需要具备条件是对环境污染小、消耗资源比例小、无毒性,并且从商用价值角度出发,需求成本低廉、工艺流程简单,光电转换效率高、寿命长等特性,对科研人员提出了更高的要求,也是人类自身拯救自己的一种唯一方式,除非人类掌握的暗物质能量。

 

在这样的技术和商业背景下,新型钙钛矿电池从科研人员的研究领域进入到普通人的视野中,并在商业中初步小范围生产使用。这种钙钛矿电池满足上述中的所有技术及商业的基本需求,但从目前的商用及实验室阶段来看,与传统的硅晶太阳能电池相比在使用寿命以及稳定性能、光电转换上仍有待提升,但这并不妨碍钙钛矿太阳能电池成为新一代的宠儿,其科研价值、商业价值值得我们期盼,并且这种期盼正在一步步从实验室走出来,正在商业化的路上,而有些企业如杭州迁纳光电、湖北万度光能已成功实现商业化,开始小规模生产商用。正是在这种实验室与初步商用阶段中,武汉元禄光电早早的就进入到钙钛矿电池激光刻蚀机项目运用到当中,并跟随钙钛矿电池行业同步开发,逐步优化产品,并成功运用到实验室以及商用阶段当中。

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钙钛矿太阳能电池片

钙钛矿电池目前分为玻璃基底和柔性PET柔性基底两种类型,激光刻蚀、划线、清洗设备主要应用在p1、p2、p3激光划线以及p4激光清边,我将分别对其进行介绍激光刻蚀机的应用,介绍激光划线的用途和选型。

 

激光刻蚀机在钙钛矿电池中的主要用途为p1p2p3划线,其目的是为了分割电池区域,形成串联电池,增大电压,其中需要特别注意的是控制激光划线的线宽,从而减少死区面积,增大电池有效使用面积,并在对下一层激光刻蚀的同时保证不伤及上一层级,这是由于通过激光划线方式使P1和P3层串联起来,如果在做P2层激光划线过程中伤及P1层会影响其导电性及光电转换效率。P1层通常为透明导电氧化物如氧化镍、ITO、FTO等材料,P2层为钙钛矿层,P3层通常为金属电极,如金、银、铝、铜等材料,详细的划分一般为FTO导电玻璃、TiO2 致密层、TiO2 介孔层、钙钛矿层、HTM层、金属电极。P4激光清边的意义是在制作钙钛矿电池过程中印刷或生长方式涂布的各个层级存在误差,尤其在边缘区域的控制难以把控,需要利用激光刻蚀技术,在边缘清理出1-10mm的区域,保证电池各个层级的一致性。

 

目前适用于钙钛矿电池激光划线的激光刻蚀设备波段分布广泛,而根据不同材料的特性脉冲宽度也有较大差异性,某些实验室单位从成本角度考虑采用纳秒红外或纳秒绿光波段制作工艺,而一些实验性商业用途则采用超快激光刻蚀机,如飞秒红外激光或飞秒绿光激光刻蚀机等,不一而同,具体的工艺模式,仍需以工艺试样和预算为准。

 

目前钙钛矿电池的最大问题是稳定性问题,需要从材料、理论研究等方向持续努力,我们知道总有一天钙钛矿电池的大规模商用能够实现,但我希望来的这一天越早越好!

 

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