Princípio de trabalho:
O equipamento de gravação a laser opera utilizando a alta densidade de energia de um feixe de laser para realizar a gravação em superfícies de materiais.
Especificamente, o equipamento de gravação a laser normalmente consiste em uma fonte de laser, sistema óptico, sistema de controle e mesa de trabalho. A fonte de laser gera um feixe de laser de alta energia, que é focado na superfície do material através do sistema óptico. O sistema de controle regula com precisão o caminho e os parâmetros de varredura do feixe de laser, como potência do laser, velocidade de varredura e espaçamento de traçado. A mesa de trabalho é usada para segurar e mover o material, permitindo riscar toda a superfície.
Durante o processo de rabiscamento, a alta densidade de energia do feixe de laser causa aquecimento instantâneo e localizado da superfície do material, levando à evaporação ou a derretimento e a formação de uma linha de escriba clara. Ao controlar o caminho de varredura e os parâmetros do feixe de laser, várias formas e tamanhos de padrões de rabiscos podem ser alcançados.
Introdução ao equipamento de rabiscos a laser perovskite:
Este equipamento possui software de controle desenvolvido de forma independente e suporta importação direta de dados CAD, juntamente com posicionamento de câmera CCD para gravação automática a laser, tornando a operação simples e eficiente. Através de ajustes de software em tempo real do galvanômetro, motor linear e mesa de trabalho de elevação elétrica, combinados com um design de bandeja de adsorção a vácuo, ele garante efetivamente a estabilidade durante os processos de gravação a laser.
Máquina de gravação a laser com bateria solar de perovskita
Integrando tecnologia CNC, tecnologia laser e tecnologia de software, este equipamento incorpora características avançadas de fabricação, como alta flexibilidade, precisão e velocidade. Ele é capaz de realizar traçados precisos e em alta velocidade de vários padrões e tamanhos em uma ampla variedade, mantendo ao mesmo tempo alta capacidade de produção. Este produto é confiável, estável e oferece excelente relação desempenho-preço.
A principal função do equipamento laser na preparação de perovskita é dividir células solares de grande área em múltiplas subcélulas de igual tamanho e permitir conexões em série entre essas subcélulas. Além disso, o equipamento a laser pode gravar informações rastreáveis, como caracteres, códigos QR e logotipos de empresas, no substrato.
Devido às limitações de lasers de comprimento de onda única no processamento de materiais, selecionamos diferentes lasers para rabiscar cada camada de células solares de perovskita para garantir resultados e qualidade ideais de processamento. Esses lasers são especificamente adaptados para camadas P1, P2, P3 e P4, respectivamente.
1. Padrindo eletrodos e camadas funcionais
P1 Scribing (divisão de eletrodo dianteiro):
Na preparação de células solares de perovskita, o eletrodo frontal deve primeiro passar por padronização. O equipamento de gravação a laser pode executar com precisão a marcação P1 na camada frontal do eletrodo (por exemplo, eletrodo de óxido condutor transparente), dividindo o eletrodo frontal de grande área em vários subeletrodos independentes. Esta etapa é crucial para conectar posteriormente várias subcélulas em série para formar um módulo com saída de tensão mais alta. Por exemplo, controlando com precisão a energia do laser e o caminho de varredura, o eletrodo frontal pode ser dividido em regiões de subeletrodos com largura uniforme, normalmente na faixa de alguns milímetros. Esta divisão fina ajuda a melhorar o desempenho elétrico do módulo de bateria.
P2 Scribing (processamento de camada intermediária):
A marcação do laser P2 opera principalmente na camada intermediária da célula. Ele pode remover ou modificar com precisão áreas localizadas da camada intermediária sem danificar o eletrodo frontal subjacente ou as camadas funcionais sobrepostas. Isto ajuda a reduzir possíveis problemas de curto-circuito entre a camada intermediária e outras camadas, ao mesmo tempo que otimiza as vias de transporte de carga entre a camada intermediária e os eletrodos dianteiro/traseiro, melhorando assim a eficiência de conversão fotoelétrica da célula.
P3 Scribing (divisão de eletrodo traseiro):
O scribing P3 também é necessário na camada traseira do eletrodo. O equipamento de rabiscos a laser pode efetivamente remover áreas específicas da camada traseira do eletrodo, dividindo -o em unidades celulares independentes, garantindo boas conexões elétricas entre o eletrodo traseiro, a camada intermediária e o eletrodo dianteiro. Isso permite que cada sub-célula funcione corretamente e alcance as conexões em série, aumentando a saída geral de tensão do módulo da bateria.
2. Aprimorando a integração do módulo de bateria
Conexão em série das células da bateria:
Através de vários processos de scribing (p 1- p3) realizados pelo equipamento de rabiscos a laser, várias unidades de células solares de perovskita podem ser efetivamente conectadas em série. Essa conexão em série aumenta a tensão de saída do módulo da bateria, permitindo que as células solares de perovskita atendam melhor aos requisitos de tensão de aplicações práticas. Por exemplo, em aplicações como fotovoltaicos integrados ao edifício (BIPV), os módulos de bateria precisam fornecer tensões mais altas para combinar com os sistemas elétricos de construção. A estrutura da série alcançada pelo scribing a laser pode efetivamente atender a essa demanda.
Otimizando o layout da bateria:
O scribing a laser também pode ser usado para otimizar o layout das células da bateria dentro de um módulo. Com base nos requisitos de aplicações específicas, como formas diferentes, tamanhos e demandas de energia, o equipamento de rabiscamento a laser permite um ajuste flexível de tamanhos e arranjos de células. Isso ajuda a integrar mais células da bateria dentro de um espaço limitado, melhorando a densidade de potência do módulo e permitindo maior saída de energia da mesma área.
3. Melhorando o desempenho e a estabilidade da bateria
Reduzindo a recombinação da portadora:
O rabiscamento preciso do laser otimiza as interfaces entre as camadas da bateria. Ao controlar a energia do laser e a precisão do escriba durante o processo, o contato entre camadas pode ser mais apertado e mais limpo, reduzindo defeitos e impurezas nas interfaces. Isso ajuda a minimizar a recombinação da transportadora nas interfaces, permitindo que mais portadores fotogerados transfiram com eficiência para os eletrodos, melhorando assim a corrente de curto-circuito da bateria e a eficiência de conversão fotoelétrica.
Tratamento de isolamento de borda (isolamento de borda P4):
Na preparação de células solares de perovskita, equipamento de gravação a laser também é usado para isolamento de borda P4. Este processo remove uma camada de filme de aproximadamente 10 mm de largura próxima à borda do vidro para criar uma região isolante. Esta operação evita eficazmente correntes de fuga nas bordas da bateria, melhorando a estabilidade e a segurança da bateria. Especialmente para uso externo de longo prazo, evita degradação de desempenho e riscos de segurança causados por vazamento nas bordas.
Principais especificações técnicas
1. Precisão de escrita:
Precisão da largura da linha:A capacidade de controlar com precisão a largura das linhas rabiscadas é essencial, com um desvio mínimo na largura da linha. Geralmente, a precisão da largura da linha deve atingir o nível do micrômetro, como cerca de 10 micrômetros ou até maior precisão. Isso garante divisão precisa das camadas funcionais nas células solares de perovskita e no desempenho ideal das sub-células. A precisão insuficiente da largura da linha pode levar a curtos circuitos internos ou circuitos abertos, afetando a eficiência e a estabilidade da bateria.
Precisão de posicionamento:Garantir que o posicionamento preciso das linhas rabiscadas seja crítico para a conexão em série de sub-células e a condução atual em células solares de perovskita. A precisão do posicionamento normalmente também precisa atingir o nível do micrômetro, com a repetibilidade controlada em ± 10 micrômetros. Isso garante que a posição de cada linha rabiscada seja altamente consistente com os requisitos de design.
2. Velocidade de escrita:
Altas velocidades de rabiscos podem melhorar a eficiência da produção e reduzir os custos de fabricação. Para linhas de produção de células solares de perovskita em larga escala, a velocidade de rabisco do equipamento de rabiscos a laser é uma métrica crítica. Geralmente, as velocidades de rabiscos devem atingir vários metros por segundo ou superior. Por exemplo, alguns equipamentos podem obter processamento de alta velocidade a 2,5 metros por segundo.
3. Largura da zona morta:
Nas células solares de perovskita, a zona morta refere-se à área sem geração de energia, desde a borda mais externa da linha P1 até a borda mais externa da linha P3 após a marcação a laser. Uma largura menor da zona morta aumenta a área efetiva de geração de energia da bateria, melhorando a eficiência geral do módulo de bateria. Portanto, a largura da zona morta é um importante indicador de desempenho para equipamentos de gravação a laser. Normalmente, a largura da zona morta precisa ser controlada dentro da menor faixa possível, como estabilizá-la abaixo de 150 micrômetros.
4. Zona afetada pelo calor (HAZ):
Como os materiais de perovskita são sensíveis à temperatura, o calor gerado durante a gravação a laser pode afetar o desempenho da camada de perovskita. Assim, é essencial minimizar a zona afetada pelo calor (ZTA) durante a gravação a laser. Geralmente, a ZTA deve ser controlada dentro de 2 micrômetros, e alguns equipamentos avançados podem até reduzi-la para menos de 1 micrômetro, garantindo que o desempenho da bateria de perovskita não seja afetado pelo processo de marcação.
5. Desempenho do laser:
Potência Laser:A potência do laser deve ser ajustada com precisão com base nas propriedades do material da bateria de perovskita e nos requisitos de marcação. A energia excessiva pode danificar o material da bateria, enquanto a energia insuficiente pode não conseguir obter uma marcação eficaz. Por exemplo, para filmes de perovskita de diferentes espessuras, a potência do laser apropriada deve ser selecionada para garantir a qualidade e profundidade do traçado.
Largura do pulso a laser:A largura do pulso do laser também afeta os resultados do rabiscamento. As larguras de pulso mais curtas reduzem o impacto térmico no material, melhorando a precisão e a qualidade do escriba. As larguras comuns de pulso a laser incluem nanossegundos, picossegundos e femtossegundos. Em equipamentos de rabiscos a laser de células solares perovskite, a largura apropriada do pulso é selecionada com base em requisitos específicos.
6. Estabilidade e Confiabilidade do Equipamento:
Na produção em larga escala, o equipamento de gravação a laser deve operar de forma estável durante longos períodos, tornando a estabilidade e a confiabilidade cruciais. Isto inclui a estabilidade da estrutura mecânica, sistema óptico e sistema de controle. O equipamento deve manter precisão e velocidade de traçado consistentes durante operação prolongada, com baixas taxas de falhas e longa vida útil.
7. Área de Processamento:
Para atender às necessidades de produção de células solares de perovskita, o equipamento de gravação a laser deve ter uma área de processamento suficientemente grande para acomodar componentes de baterias de diferentes tamanhos. Por exemplo, alguns equipamentos podem processar componentes de células solares de perovskita ultragrandes medindo 1,2 metros x 2,4 metros.
Casos específicos de otimização de parâmetros
1. Controle de precisão de escrita:
Requisito de precisão em nível de mícron: As células solares de perovskita têm uma estrutura delicada que exige precisão de traçado extremamente alta, normalmente em nível de mícron. Por exemplo, a precisão da largura da linha deve ser controlada dentro de alguns micrômetros ou até mais para garantir a separação precisa das camadas funcionais e o bom desempenho das subcélulas. Se a largura da linha se desviar muito, poderá causar curtos-circuitos ou circuitos abertos dentro da célula, afetando a eficiência e estabilidade da conversão fotovoltaica.
Desafio de precisão posicional: Garantir a posição de rabiscos precisos nos módulos de células de perovskita de área de grande área também é um desafio. As posições de cada linha de escriba (como linhas P1, P2 e P3) precisam seguir estritamente os requisitos de design; Caso contrário, isso afetará a conexão em série das sub-células e o desempenho geral do módulo da célula. Além disso, a manutenção da estabilidade de precisão posicional durante o rabiscamento de alta velocidade é outro desafio significativo.
2. Controle de efeito térmico:
Danos térmicos materiais: Os materiais de perovskita são sensíveis à temperatura e o calor gerado durante o rabiscamento a laser pode danificar o desempenho da camada de perovskita. As temperaturas excessivas podem causar decomposição, alterações de fase ou defeitos no material de perovskita, reduzindo assim a eficiência da conversão fotovoltaica. Portanto, é necessário controlar com precisão o tempo de energia e exposição a laser para minimizar a extensão e a faixa da zona afetada pelo calor.
Problemas de estresse térmico: As altas temperaturas localizadas geradas durante o scribing a laser podem criar estresse térmico dentro do filme de perovskita, levando a questões como rachaduras ou deformação, que afetam a integridade estrutural e o desempenho da célula. A liberação efetiva do estresse térmico durante o processo de rabiscamento é um desafio técnico que precisa ser abordado.
3. Minimizando zonas mortas:
Definição de zonas mortas: A zona morta refere-se à área que não gera de potência do lado mais externo da linha P1 para o lado mais externo da linha P3 após o escriba do laser. Quanto maior a largura da zona morta, maior a proporção de áreas não geradoras de potência na célula e menor a eficiência das sub-células. Na produção de perovskita, é necessário minimizar a largura da zona morta para aumentar a área efetiva de geração de energia e a eficiência geral da célula. Isso requer equipamentos de rabiscos a laser com recursos de controle de alta precisão e desempenho estável de processamento, além de processos otimizados de design de células e scribing.
4. Processamento de módulos em larga escala:
Uniformidade em grandes áreas: Com o desenvolvimento da tecnologia de células solares de perovskita, a demanda por módulos em larga escala está aumentando. Garantir a uniformidade e a consistência no rabiscamento a laser em módulos de área grande é muito desafiador. Por exemplo, em módulos no nível de metro quadrado, fatores como distribuição de energia a laser e uniformidade da velocidade de varredura podem afetar a qualidade do rabiscamento. As tecnologias avançadas de varredura a laser e controle de energia precisam ser desenvolvidas.
Maior dificuldade de foco: A planicidade da superfície dos módulos em larga escala geralmente é baixa, tornando o foco a laser mais difícil. A estabilidade e a precisão do foco do laser são cruciais para a qualidade do rabiscamento. Sistemas de controle de alta precisão são necessários para se adaptar aos requisitos de processamento de módulos em larga escala, garantindo que o laser permaneça focado na posição correta durante todo o processo.
5. Estabilidade e confiabilidade do equipamento:
Operação contínua de longo prazo: A produção de células solares de perovskita é normalmente um processo contínuo e em grande escala, exigindo equipamento de gravação a laser para operar de forma estável por longos períodos. Isto impõe altas exigências à estabilidade e confiabilidade de vários componentes, incluindo a estrutura mecânica, o sistema óptico e o sistema de controle. Por exemplo, a vida útil do laser, a resistência ao desgaste dos componentes ópticos e a capacidade anti-interferência do sistema de controle precisam passar por testes e validação rigorosos.
Compatibilidade do processo: O equipamento de rabiscos a laser deve ser compatível com outros processos de fabricação de células de perovskita, como revestimento e embalagem, para garantir um fluxo de produção suave. As configurações de design e parâmetros do equipamento precisam atender aos requisitos dos processos a montante e a jusante para evitar a redução da eficiência da produção ou problemas de qualidade devido à incompatibilidade do processo.
6. Otimização de parâmetros de laser:
Seleção de potência do laser: A escolha da energia do laser precisa ser ajustada com precisão de acordo com as características dos materiais de perovskita, espessura do filme e velocidade de escriba. A energia excessiva pode causar danos ao material excessivo, enquanto a energia insuficiente não conseguirá obter um rabiscamento eficaz. Portanto, é necessário estabelecer um modelo de relacionamento preciso entre a potência do laser e os efeitos do processamento de materiais para selecionar com rapidez e precisão os parâmetros de potência do laser apropriados.
Largura e frequência de pulso: A largura do pulso e a frequência do laser também afetam a qualidade e a eficácia do escriba. Diferentes materiais e estruturas de perovskita podem exigir diferentes parâmetros de largura e frequência do pulso para obter os melhores resultados de rabiscos. Portanto, são necessárias pesquisas e otimização aprofundadas dos parâmetros de pulso a laser para atender aos requisitos da produção de perovskita.