一、钙钛矿太阳能电池的优势

光伏电池转换效率的持续提升一直是整个光伏行业技术迭代进程中的关键核心要素之一。钙钛矿电池是一种备受瞩目的第三代太阳能电池，其优异的性能得益于其独特的材料体系。钙钛矿是一种离子化合物晶体，当它被用作太阳能电池的半导体吸光材料时，展现出了一系列卓越特性，如带隙范围宽且可实现连续可调、吸光能力强等。相较于主流的晶硅材料电池，钙钛矿电池在理论转换效率以及发电能力方面均表现更优。因此它被视为下一代光伏技术的核心候选方案。

图1 钙钛矿电池实物图

二、激光在钙钛矿电池制作过程中的应用

钙钛矿电池生产流程主要包括物理气相沉积（PVD）工艺，用于沉积电极和功能薄膜构建基础结构；涂布工艺，精准控制参数将钙钛矿前驱体溶液均匀涂覆形成吸光层；激光刻蚀与划线步骤，借助激光特性实现电极分割与电路连接，是构成串联电路必需流程；最后进行封装。其中激光刻蚀与划线是构成钙钛矿电池串联电路的关键环节。该工艺充分利用了激光高能量密度以及高精度加工的特性，能够针对钙钛矿电池各功能层进行极为精确划线操作，实现子电池划分与串联，保障钙钛矿电池整体电学性能的稳定与高效。

图2 激光刻蚀钙钛矿电池划线过程示意图

在对钙钛矿电池进行激光刻蚀和划线操作时，一般需要依次进行三次平行激光刻蚀（标记为P1-P3）以及清边处理，如图2所示。在P1-P3的刻蚀环节，激光作用于电池表面，促使材料受热汽化形成槽线，从而形成阻断电流导通的单独模块，达到分片效果。激光工艺对薄膜的损伤缺陷以及被切面的平整光滑程度均会产生显著的影响，这些因素共同决定电池的效率和寿命。因此，精密激光设备在钙钛矿薄膜电池的制备中具有极为突出的重要性。

三、自主研发的钙钛矿激光划线设备

中心自立项目 “大幅面钙钛矿电池高速高精度激光划线设备的研发” ，聚焦钙钛矿电池制备核心环节的激光设备研发与创新，针对钙钛矿电池量产困难的问题，创新的集成了多光束分光加工头（12-24束）与机器视觉闭环控制系统，通过智能算法动态校准划线轨迹，显著提升加工效率。利用热损伤较低的皮秒超快激光加工技术，在钙钛矿薄膜上实现10-30μm高精度的结构化划线，使得死区范围控制在150μm以内，显著降低串联电阻并最小化效率损失。采用多轴联动技术实现1200mm*600mm面板划线时间小于8.4s。该技术能够为钙钛矿/钙钛矿-硅叠层电池量产提供关键性的核心工艺解决方案，并且具备广泛的材料兼容性，可适配于ITO、金属电极、氧化物缓冲层及有机功能层等多元材料体系。

图3 自主研发的钙钛矿激光划线设备

• 高效率的激光划线

该设备运用独特的分光技术，能够将单一的激光源精准分成12路光束，如图4所示。其中每个光束的功率以及两个相邻光束之间的距离（子电池宽度）都可根据实际情况进行灵活调节。在进行划线操作时，激光工作头从左端运动到右端，在此过程中精确刻划出12条电池线。随后吸附平台协同直线电机使玻璃基板精准步进12个电池宽度的距离。待玻璃基板完全静止后，激光工作头再由右端运动至左端，再次刻划出12条电池线。按照此往返运动模式重复十次，该设备可在极短时间内（<9s）高效完成236条电池线的划刻。

图4 钙钛矿激光划线设备的自主设计

• 智能反馈的划线监控系统

划线样机系统中采用双相机交替工作模式，在激光加工头X方向两侧安装高分辨率CCD相机组件，消除运动方向遮挡，将CCD相机组件的亚微米级光学成像结合图像处理算法进行刻线质量分析，提出局部自适应阈值分割结合 Otsu法计算二值化阈值，利用逻辑算法分析形态学边缘并去除无关信息，最后拟合出两条边缘和一条中线特征信息并通过这三条线来进行刻线质量分析。在结合划线质量检测的同时，进行实时功率调整、位置校准、标记缺陷位置，实现“加工－检测－修正”闭环控制。

图5 钙钛矿激光划线样机的搭建

• 高精度的激光划线技术

激光划线工艺将钙钛矿模组分割成多个相互串联的子电池。每个子电池中都存在P1、P2、P3 线，P1线最外侧到P3线最外侧的区域是不能发电的，俗称死区。死区宽度越大，电池中发电无效区占比越大，子电池的效率也就越低，因此，钙钛矿光伏电池激光划线工艺中一个核心技术指标就是将死区做到最小。而在我们自主研发的设备中采用红外1064nm的超快皮秒激光作为设备光源，并使用高倍聚焦镜进行聚焦，在划刻过程中最大程度降低死区宽度，这极大提高了钙钛矿太阳能发电效率。

图6 钙钛矿电池划线样品 

图7 授权专利

目前，中心已成功完成样机的系统化搭建，并在大面积ITO玻璃基板上实现了高精度、高效率的激光划线加工，工艺效果达到行业先进水平。在知识产权布局方面，我们围绕激光工艺与设备结构等核心技术积极构建专利池，目前已申请发明专利6件，其中3件已获得授权（如图7所示），为后续技术转化与市场竞争提供了有力保障。当前，钙钛矿太阳能电池技术正处于从实验室研发迈向产业化落地的关键阶段。从行业整体发展来看，相关领域的上市公司大多仍处于实验室技术优化与中试产线建设时期，尚未形成规模化量产能力。在此背景下，中心自主研发的钙钛矿电池高速高精度激光划线设备，凭借其在加工效率、划线精度与工艺稳定性等方面的突出优势，为行业客户提供了领先的解决方案。该设备不仅有效提升了钙钛矿电池生产过程中的加工质量与产品良率，更为推动其产业化进程、加速实现规模化量产注入了强劲动力。