未来可期！钙钛矿太阳能电池激光工艺介绍以及市场展望

在光伏组件加工领域，由于激光技术具有快速、非接触、高精度、波长具有选择性、高度自动化以及经济上的适用性等优点，其越来越广泛地在该领域应用。

钙钛矿电池用激光设备

激光器一般包括增益介质、泵浦源和谐振腔三个部分。激光产生的具体过程为：泵浦源产生激励能量，谐振腔中的增益物质接收到激励能量，原子发生跃迁到高能量状态，遇到外来特定频率光子，会释放相同光子，释放的光子会使得更多原子产生光子，这个过程就是受激辐射，产生的光就是激光。

目前要实现钙钛矿电泵浦激光，首先需要实现钙钛矿材料在连续光泵浦下的激光输出。钙钛矿 CW 光泵浦激光的实现，验证了该材料具有维持激光输出所需的极高光增益的能力。不过，同样暴露出了以高非辐射复合损耗、大的热效应为主的限制激光器件运转的问题。这些问题在电泵浦激光中变得更为严重。

钙钛矿表面存在大量的缺陷，通过引入合适的钝化剂可有效削弱缺陷辅助的单分子复合。为了抑制钙钛矿中的俄歇复合损耗，可以通过掺杂重金属元素提升自旋-轨道耦合导致的分裂能，以降低由自旋-轨道耦合分裂诱发的俄歇复合，亦可利用组分工程获得更紧密的钙钛矿晶格结构，以弱化 Rashba 能带分裂，从而降低由此引发的俄歇复合。

钙钛矿电池激光工艺

光伏电池面积增大时，器件效率减小，这种效率损失趋势是任何类型太阳能电池都无法避免的。透明电极的电阻导致整体器件串联电阻随面积增加而线性增加。因此，钙钛矿电池要符合产业化需求，向大面积高效率发展，必须合理设计组件结构，减少串联电阻的影响。激光工序是保证钙钛矿组件大面积效率的必要步骤。通过激光将组件内部划分成各独立的子电池，并以串联的方式制作成模块。在组件制造流程中，一共要进行 4 道激光，其中三次（P1-3）划线步骤实现子电池的分割和连接，最后一次(P4)为边缘整型，也叫清边。 

钙钛矿电池制备工艺中的激光工艺:

P1 工艺:通过激光设备分割底部的 TCO 衬底。在导电玻璃电极 TCO 层制备完成后，在制备空穴传输层、钙钛矿层和电子传输层之 前通过激光设备进行划线，形成相互独立的 TCO 衬底。激光划线 P2 工艺:划开空穴传输层、钙钛矿层和电子传输层;

P2 工艺:目的是露出 TCO 衬底，为连接相邻两节子电池的正负电极提供通道。完成空穴传输层、钙钛矿层和电子传输层制备之后，通过激光设备刻蚀 空穴传输层、钙钛矿层和电子传输层，暴露出 TCO 层，从而在下一步电极蒸镀过程中能够让子电池之间的正负极相互连接,

P3 工艺:去除部分功能层以分割相邻子电池的正极。P3 工艺需要在蒸镀完电极后进行，本道工艺使用激光设备刻蚀部分电极，从而将子电池之间分离开为了保证不损伤 P2 层，本道工艺对激光设备加工精度要求较高。

激光清边 P4 工艺:封装前的清理工艺。激光清边是指利用激光技术清 除掉电池边缘的沉积膜，而本工艺相对较为成熟，同样可以应用于薄膜电池。过往技术难点在于采用近红外激光进行一次清边，即一次性去除所有功能层的待去除边缘，该方法的效率较高但是会产生膜层侧边互熔 问题，从而导致短路，影响电池的效率和可靠性。业内已研发出两次清 边法分别切除前电极和背电极的待去除边缘，避免互熔问题。

激光设备市场大有可为

激光设备在钙钛矿产线中的价值量占比约 20%。钙钛矿对激光刻蚀有更高的精度要求。碲化镉和铜铟镓硒薄膜电池为例，对激光刻蚀的精度要求分别为 3-5 微米和 2 微米，但钙钛矿则需要 0.3-0.5 微米精度的激光设备，薄膜电池的激光刻蚀设备无法直接应用于钙钛矿电池生产，目前激光设备厂商正在与钙钛矿生产商合作开发激光设备。

钙钛矿光伏产线激光设备价值量约为1亿元/GW。百兆瓦级别钙钛矿光伏产线中激光设备价值量约为 1000万元，钙钛矿产能提升将提高激光设备保持同一精度的难度，同时生产商的经验将随着激光设备出货量的提升而改善，国泰君安证券预计在这两个因素的共同影响下 GW 级产线的激光设备价值量约为1亿元/GW。

基于当前企业的产能规划，中金公司预计2026年钙钛矿电池国内总产能突破25GW，预计钙钛矿电池制造行业、设备行业2026年产值有望分别突破400亿元、100亿元。激光设备作为标准配置，将伴随钙钛矿产能快速扩张同步放量。激光划线和清边设备已成为钙钛矿的标准配备，考虑到:（1)新增钙钛矿产能持续增加（2)未来钙钛矿单位投资额有望随着工艺成熟而逐渐下降。（3)钙钛矿激光设备已趋于成熟，未来将随钙钛矿产线投资额下降，预计其将在钙钛矿设备投资额中保持20%的占比。基于以上假设，预计国内新增激光设备市场规模将持续扩大。

2024（第二届）钙钛矿材料与器件产业发展论坛将于2024年5月26-28日于江苏苏州举办，届时将有钙钛矿龙头企业、传统光伏大厂、知名设备厂商、材料供应厂商等齐聚苏州，共同探讨钙钛矿光伏电池放大生产中激光工艺难点与技术进步，推动钙钛矿产业化。

部分素材来源：国金证券、民生证券

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