[发明专利]一种提高钙钛矿太阳能电池有效面积的激光加工方法

说明书

本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种提高钙钛矿太阳能电池有效面积的激光加工方法。所述制备方法包括：在清洁基板上沉积透明导电层，通过超快激光对基板进行切割，切割掉部分区域的透明导电层；清洁基板，然后在透明导电层上沉积电池功能层和金属对电极层，所述电池功能层依次为电子传输层、钙钛矿吸光层和空穴传输层；通过超快激光、采用不同的激光加工参数切割两条切线，其中一条切线同时切割掉部分电池功能层和金属对电极层，另一条切线在切割掉部分电池功能层的同时使金属对电极层下延搭接到透明导电层上，使之构成完整的串联电池结构。

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种提高钙钛矿太阳能电池有效面积的激光加工方法。

背景技术

随着全球经济的不断发展，能源危机及环境污染问题日益严重。太阳能作为一种可再生的清洁能源，受到越来越广泛的关注。研发高效低成本的新型太阳能电池，有助于实现太阳能光伏发电的广泛应用，也是改善全球气候变暖及温室效应等问题的有效手段之一。目前，硅太阳能电池占据了约90％的光伏组件市场，但是其成本过高、生产能耗过大。而钙钛矿太阳能电池则以其转换效率高、开路电压高、成本低、制备工艺简单的优点，引起了全世界的关注。

钙钛矿太阳电池现阶段的发展状况良好，短短几年时间，其光电转换效率已经从2009年的3.8％增长到了22.7％。然而目前对钙钛矿太阳能电池的研究仅局限于小面积单一电池器件上，器件的大面积组件化研究相对滞后。显然电池的放大会造成其转换效率明显下降。因此，如何制备出大面积的高转换效率的器件对于实现钙钛矿太阳能电池的工业化应用具有重要意义，而激光加工对于制备可印刷的串联大面积组件则是必不可少的。

相对于其他加工手段来说，超快激光因其非线性吸收、脉冲持续时间短、峰值功率高等特性，能够消除热影响，实现高质量的冷加工，在材料加工中得到了广泛应用。比起传统的光刻蚀法和机械刻蚀，超快激光刻蚀能够更精确地对几十纳米或微米厚的薄膜进行刻划，而且不会对下层基板造成损伤。相对于常用的掩模版技术，激光光斑直径小，切线宽度可控，能够减小电池的无效区域面积。

钙钛矿太阳能电池组件的有效面积是指电池能够有效接收光照的面积。传统的激光加工方法在制备大面积钙钛矿太阳能电池组件时，通常需要经过P1/P2/P3三次激光加工过程(如图1所示)，其中，P1过程为去除透明导电层(TCL)，清洁基板后进行电池功能层的沉积；P2过程即为去除沉积的电池功能层，但不伤害基板；P2过程后之后进行金属电极的沉积，最后的P3过程是去除金属电极层，从而在单条电池之间建立串联连接结构。P2/P3激光加工过程中包含一步沉积金属电极，因此需要要移动样品，所以精度主要靠CCD定位精度控制。如图2所示，P1/P2/P3三条切线以及切线之间的部分均为电池的无效区域，会造成电池有效面积的减小，从而影响组件整体效率。切线宽度主要与激光聚焦光斑大小有关，可以通过调整激光光斑大小来控制切线宽度。切线之间的间距主要通过CCD同轴监控来调控，通过CCD同轴监视系统，能够实现图像自动识别和自动定位切割。但是激光光斑大小调节是有一定限度的，而且CCD同轴监视系统的定位精度问题也会造成切线之间的间距过大，从而导致电池有效面积不能进一步提高。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种提高钙钛矿太阳能电池有效面积的激光加工方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种提高钙钛矿太阳能电池有效面积的激光加工方法，包括如下步骤：

(1)在清洁基板上沉积透明导电层，通过超快激光对基板进行切割，切割掉部分区域的透明导电层(TCL)；

(2)清洁基板，然后在基板上沉积电池功能层和金属对电极层，所述电池功能层依次为电子传输层(ETL)、钙钛矿吸光层和空穴传输层(HTL)；