Arbeitsprinzip:
Laserschreibgeräte arbeiten unter Verwendung der hohen Energiedichte eines Laserstrahls, um das Schreiben auf Materialoberflächen durchzuführen.
Insbesondere bestehen Laserritzgeräte typischerweise aus einer Laserquelle, einem optischen System, einem Steuersystem und einem Arbeitstisch. Die Laserquelle erzeugt einen hochenergetischen Laserstrahl, der durch das optische System auf die Materialoberfläche fokussiert wird. Das Steuerungssystem regelt den Scanpfad und die Parameter des Laserstrahls wie Laserleistung, Scangeschwindigkeit und Ritzabstand präzise. Der Arbeitstisch dient zum Halten und Bewegen des Materials und ermöglicht so das Anreißen der gesamten Oberfläche.
Während des Schreibvorgangs führt die hohe Energiedichte des Laserstrahls zu einer lokalisierten, sofortigen Erwärmung der materiellen Oberfläche, was zu Verdampfung oder Schmelzen führt und eine klare Schreiberlinie bildet. Durch die Steuerung des Scan -Pfades und der Parameter des Laserstrahls können verschiedene Formen und Größen von Schreibmustern erreicht werden.
Einführung in Perovskite Laser Scribing -Geräte:
Dieses Gerät verfügt über unabhängig voneinander entwickelte Steuerungssoftware und unterstützt den direkten CAD -Datenimport zusammen mit der CCD -Kamera -Positionierung für automatische Laserschreibungen, wodurch der Betrieb einfach und effizient wird. Durch Echtzeit-Softwareanpassungen des Galvanometermessers, des linearen Motors und des elektrischen Anleitungsarbeitsings, kombiniert mit einem Vakuum-Adsorptionsschalen-Design, sorgt es effektiv für die Stabilität während der Laserschrottprozesse.
Solar Perowskit Batterie Laser Ritzen Maschine
Dieses Gerät integriert CNC -Technologie, Lasertechnologie und Softwaretechnologie und verkörpert fortschrittliche Herstellungsmerkmale wie hohe Flexibilität, Präzision und Geschwindigkeit. Es ist in der Lage, präzise Hochgeschwindigkeitsschreibungen verschiedener Muster und Größen über einen weiten Bereich durchzuführen und gleichzeitig eine hohe Produktionskapazität aufrechtzuerhalten. Dieses Produkt ist zuverlässig, stabil und bietet ein hervorragendes Verhältnis von Leistung zu Preis.
Die Hauptfunktion von Lasergeräten bei der Perowskit-Herstellung besteht darin, großflächige Solarzellen in mehrere gleich große Unterzellen zu unterteilen und Reihenschaltungen zwischen diesen Unterzellen zu ermöglichen. Darüber hinaus können Lasergeräte rückverfolgbare Informationen wie Zeichen, QR-Codes und Firmenlogos auf das Substrat gravieren.
Aufgrund der Einschränkungen von Einzelwellenlängenlasern bei der Materialbearbeitung haben wir unterschiedliche Laser zum Ritzen jeder Schicht von Perowskit-Solarzellen ausgewählt, um optimale Bearbeitungsergebnisse und Qualität zu gewährleisten. Diese Laser sind speziell auf die Schichten P1, P2, P3 und P4 zugeschnitten.
1. Strukturierung von Elektroden und Funktionsschichten
P1-Ritzung (Vorderelektrodenteilung):
Bei der Herstellung von Perowskit-Solarzellen muss die Frontelektrode zunächst einer Strukturierung unterzogen werden. Laser-Ritzgeräte können P1-Ritzungen auf der vorderen Elektrodenschicht (z. B. einer transparenten leitfähigen Oxidelektrode) präzise durchführen und so die großflächige vordere Elektrode in mehrere unabhängige Unterelektroden unterteilen. Dieser Schritt ist entscheidend für die anschließende Reihenschaltung mehrerer Teilzellen zu einem Modul mit höherer Ausgangsspannung. Durch die präzise Steuerung der Laserenergie und des Scanpfads kann beispielsweise die Vorderelektrode in Unterelektrodenbereiche mit gleichmäßiger Breite, typischerweise im Bereich von einigen Millimetern, unterteilt werden. Diese feine Aufteilung trägt dazu bei, die elektrische Leistung des Batteriemoduls zu verbessern.
P2-Scribing (Zwischenschichtverarbeitung):
Laser P2 Scribing arbeitet hauptsächlich auf der Zwischenschicht der Zelle. Es kann lokalisierte Bereiche der Zwischenschicht genau entfernen oder ändern, ohne die darunter liegende vordere Elektrode oder die darüber liegenden Funktionsschichten zu beschädigen. Dies hilft, potenzielle Kurzschlussprobleme zwischen der Zwischenschicht und anderen Schichten zu reduzieren und gleichzeitig die Ladungstransportwege zwischen der Zwischenschicht und den vorderen und hinteren Elektroden zu optimieren und so die photoelektrische Umwandlungseffizienz der Zelle zu verbessern.
P3 Scribing (hintere Elektrodenabteilung):
Auch auf der hinteren Elektrodenschicht ist ein P3-Ritz erforderlich. Laserritzgeräte können bestimmte Bereiche der hinteren Elektrodenschicht effektiv entfernen, sie in unabhängige Zelleinheiten unterteilen und gleichzeitig gute elektrische Verbindungen zwischen der hinteren Elektrode, der Zwischenschicht und der vorderen Elektrode gewährleisten. Dadurch kann jede Unterzelle ordnungsgemäß funktionieren und eine Reihenschaltung erreichen, wodurch die Gesamtspannungsabgabe des Batteriemoduls erhöht wird.
2. Verbesserung der Batteriemodulintegration
Reihenschaltung von Batteriezellen:
Durch mehrere Ritzprozesse (P1-P3), die von Laser-Ritzgeräten durchgeführt werden, können mehrere Perowskit-Solarzelleneinheiten effektiv in Reihe geschaltet werden. Diese Reihenschaltung erhöht die Ausgangsspannung des Batteriemoduls, wodurch Perowskit-Solarzellen den Spannungsanforderungen praktischer Anwendungen besser gerecht werden. Beispielsweise müssen Batteriemodule in Anwendungen wie der gebäudeintegrierten Photovoltaik (BIPV) höhere Spannungen liefern, um an die elektrischen Systeme des Gebäudes angepasst zu werden. Die durch Laserritzen erreichte Serienstruktur kann dieser Anforderung wirkungsvoll gerecht werden.
Optimierung des Batterielayouts:
Laserritzen kann auch zur Optimierung der Anordnung von Batteriezellen innerhalb eines Moduls eingesetzt werden. Basierend auf den Anforderungen spezifischer Anwendungen, wie z. B. unterschiedlichen Formen, Größen und Leistungsanforderungen, ermöglichen Laserritzgeräte eine flexible Anpassung der Zellgrößen und -anordnungen. Dies trägt dazu bei, mehr Batteriezellen auf begrenztem Raum zu integrieren, was die Leistungsdichte des Moduls verbessert und eine höhere Energieausbeute auf derselben Fläche ermöglicht.
3. Verbesserung der Batterieleistung und -stabilität
Reduzierung der Trägerrekombination:
Präzises Laserritzen optimiert die Schnittstellen zwischen den Schichten der Batterie. Durch die Steuerung der Laserenergie und der Ritzgenauigkeit während des Prozesses kann der Kontakt zwischen den Schichten enger und sauberer gestaltet werden, wodurch Defekte und Verunreinigungen an den Grenzflächen reduziert werden. Dies trägt dazu bei, die Ladungsträgerrekombination an den Grenzflächen zu minimieren, sodass mehr fotogenerierte Ladungsträger effizient auf die Elektroden übertragen werden können, wodurch der Kurzschlussstrom und die Effizienz der fotoelektrischen Umwandlung der Batterie verbessert werden.
Kantenisolationsbehandlung (P4-Kantenisolation):
Bei der Herstellung von Perovskit -Solarzellen wird auch Laserschrottgeräte zur P4 -Kantenisolierung verwendet. Dieser Vorgang beseitigt eine Filmschicht in der Nähe der Glaskante ungefähr 10 mm breit, um einen Isolierbereich zu erzeugen. Dieser Betrieb verhindert effektiv Leckageströme an den Batteriekanten und verbessert die Stabilität und Sicherheit der Batterie. Insbesondere für den langfristigen Gebrauch im Freien wird die Leistungsverschlechterung und die Sicherheitsrisiken durch Kantenleckage vermieden.
Wichtige technische Spezifikationen
1. Genauigkeit der Schreibweise:
Zeilenbreite Genauigkeit:Die Fähigkeit, die Breite der geritzten Linien präzise zu steuern, mit minimalen Abweichungen in der Linienbreite, ist von entscheidender Bedeutung. Im Allgemeinen sollte die Genauigkeit der Linienbreite den Mikrometerbereich erreichen, beispielsweise etwa 10 Mikrometer oder eine noch höhere Genauigkeit. Dies gewährleistet eine genaue Aufteilung der Funktionsschichten in Perowskit-Solarzellen und eine optimale Leistung der Unterzellen. Eine unzureichende Linienbreitengenauigkeit kann zu internen Kurzschlüssen oder Unterbrechungen führen und die Effizienz und Stabilität der Batterie beeinträchtigen.
Positionierungsgenauigkeit:Die Sicherstellung der präzisen Positionierung der geritzten Linien ist für die Reihenschaltung von Unterzellen und die Stromleitung in Perowskit-Solarzellen von entscheidender Bedeutung. Die Positionierungsgenauigkeit muss in der Regel ebenfalls den Mikrometerbereich erreichen, wobei die Wiederholbarkeit innerhalb von ±10 Mikrometern kontrolliert werden muss. Dadurch wird sichergestellt, dass die Position jeder Ritzlinie in hohem Maße den Designanforderungen entspricht.
2. Schreibgeschwindigkeit:
Hohe Schreibgeschwindigkeiten können die Produktionseffizienz verbessern und die Herstellungskosten senken. Für groß angelegte Perovskit-Solarzellenproduktionslinien ist die Schreibgeschwindigkeit der Laserschreibgeräte eine kritische Metrik. Im Allgemeinen sollten Schreibgeschwindigkeiten mehrere Meter pro Sekunde oder höher erreichen. Zum Beispiel können einige Geräte eine Hochgeschwindigkeitsverarbeitung mit 2,5 Metern pro Sekunde erreichen.
3. Tot Zone Breite:
In Perovskit-Solarzellen bezieht sich die tote Zone auf den nicht power hervorgebenden Bereich von der äußersten Kante der P1-Linie bis zur äußersten Kante der P3-Linie nach dem Laserschrott. Eine kleinere Totzonenbreite erhöht den effektiven Stromerzeugungsbereich der Batterie und verbessert die Gesamteffizienz des Batteriemoduls. Daher ist die Breite der Deadzone ein wichtiger Leistungsindikator für Laserschrottgeräte. In der Regel muss die Totzonenbreite innerhalb des kleinstmöglichen Bereichs kontrolliert werden, z. B. die Stabilisierung von unter 150 Mikrometern.
4. Wärme betroffene Zone (HAZ):
Da Perovskitmaterialien auf Temperaturen empfindlich sind, kann die während des Laserschreibungen erzeugte Wärme die Leistung der Perovskitschicht beeinflussen. Daher ist es wichtig, die Wärmezone (HAZ) während des Laserschreibens zu minimieren. Im Allgemeinen sollte die HIB innerhalb von 2 Mikrometern gesteuert werden, und einige fortschrittliche Geräte können sie sogar auf unter 1 Mikrometer reduzieren, um sicherzustellen, dass die Leistung der Perovskit -Batterie durch den Schreibvorgang nicht beeinflusst wird.
5. Laserleistung:
Laserkraft:Die Laserleistung muss basierend auf den Materialeigenschaften der Perovskit -Batterie- und Schreibanforderungen genau eingestellt werden. Übermäßige Leistung kann das Batteriematerial beschädigen, während unzureichende Leistung möglicherweise nicht effektives Schreiben erreicht. Zum Beispiel muss für Perovskitfilme unterschiedlicher Dicke eine angemessene Laserleistung ausgewählt werden, um die Schreibqualität und -tiefe sicherzustellen.
Laserpulsbreite:Auch die Pulsbreite des Lasers beeinflusst die Ritzergebnisse. Kürzere Impulsbreiten reduzieren die thermische Auswirkung auf das Material und verbessern so die Präzision und Qualität des Ritzes. Zu den gängigen Laserpulsbreiten gehören Nanosekunden, Pikosekunden und Femtosekunden. Bei Perowskit-Solarzellen-Laserritzgeräten wird die geeignete Impulsbreite auf der Grundlage spezifischer Anforderungen ausgewählt.
6. Gerätestabilität und Zuverlässigkeit:
In der groß angelegten Produktion muss die Laserschreibgeräte über lange Zeiträume stabil arbeiten, was Stabilität und Zuverlässigkeit entscheidend macht. Dies schließt die Stabilität der mechanischen Struktur, des optischen Systems und des Steuerungssystems ein. Die Ausrüstung sollte während eines längeren Betriebs eine konsistente Schreibgenauigkeit und -geschwindigkeit beibehalten, mit niedrigen Ausfallraten und Lebensdauer der Lebensdauer.
7. Verarbeitungsbereich:
Um den Produktionsbedarf von Perovskit -Solarzellen zu erfüllen, muss Laserschrottgeräte über einen ausreichend großen Verarbeitungsbereich verfügen, um Batteriekomponenten unterschiedlicher Größen aufzunehmen. Beispielsweise können einige Geräte extrem große Perovskit-Solarzellenkomponenten mit 1,2 Metern × 2,4 Metern verarbeiten.
Spezifische Fälle der Parameteroptimierung
1. Präzisionskontrolle beim Anreißen:
Präzisionsanforderung auf Mikronebene: Perowskit-Solarzellen haben eine empfindliche Struktur, die eine extrem hohe Ritzpräzision erfordert, typischerweise im Mikrometerbereich. Beispielsweise muss die Präzision der Linienbreite auf wenige Mikrometer oder sogar noch höher eingestellt werden, um die genaue Trennung der Funktionsschichten und die gute Leistung der Unterzellen sicherzustellen. Wenn die Linienbreite zu stark abweicht, kann es zu Kurzschlüssen oder Unterbrechungen innerhalb der Zelle kommen, was die Effizienz und Stabilität der Photovoltaik-Umwandlung beeinträchtigt.
Positionspräzisionsherausforderung: Die Sicherstellung einer genauen Ritzposition auf großflächigen Perowskit-Zellmodulen ist ebenfalls eine Herausforderung. Die Positionen jeder Ritzlinie (z. B. P1-, P2- und P3-Linien) müssen den Designanforderungen strikt entsprechen. Andernfalls wird die Reihenschaltung der Teilzellen und die Gesamtleistung des Zellmoduls beeinträchtigt. Darüber hinaus ist die Aufrechterhaltung der Positionspräzisionsstabilität beim Hochgeschwindigkeitsritzen eine weitere große Herausforderung.
2. Kontrolle der Wärmeeffekt:
Materielle thermische Schädigung: Perowskit-Materialien sind temperaturempfindlich und die beim Laserritzen erzeugte Wärme kann die Leistung der Perowskit-Schicht beeinträchtigen. Überhöhte Temperaturen können zu Zersetzung, Phasenänderungen oder Defekten im Perowskitmaterial führen und dadurch die Effizienz der photovoltaischen Umwandlung verringern. Daher ist es notwendig, die Laserenergie und die Belichtungszeit genau zu steuern, um das Ausmaß und die Reichweite der Wärmeeinflusszone zu minimieren.
Thermalstressprobleme: Die lokalisierten hohen Temperaturen, die während des Laserschreibens erzeugt werden, können thermische Belastungen innerhalb des Perovskitfilms erzeugen, was zu Problemen wie Knacken oder Verformungen führt, die die strukturelle Integrität und Leistung der Zelle beeinflussen. Die effektive Freisetzung von thermischen Belastungen während des Schreibvorgangs ist eine technische Herausforderung, die angegangen werden muss.
3. Minimierung toter Zonen:
Definition von toten Zonen: Die tote Zone bezieht sich auf den nicht leistungsorientierten Bereich von der äußersten Seite der P1-Linie bis zur äußersten Seite der P3-Linie nach Laserschrott. Je größer die Totzonenbreite ist, desto höher ist der Anteil der nicht leistungsstärkeren Bereiche in der Zelle und desto geringer die Effizienz der Unterzellen. In der Perovskitproduktion ist es notwendig, die Breite der Deadzone zu minimieren, um den wirksamen Stromerzeugungsbereich und die Gesamteffizienz der Zelle zu erhöhen. Dies erfordert Laserschrottgeräte mit hochpräzisen Kontrollfunktionen und stabilen Verarbeitungsleistung sowie optimierten Zelldesign- und Schreibprozessen.
4. Großmodulverarbeitung:
Großer Einheitlichkeit: Mit der Entwicklung der Perovskit-Solarzellen-Technologie nimmt die Nachfrage nach groß angelegten Modulen zu. Es ist sehr herausfordernd, einheitlich und konsistent bei Laserkritzel in großartigen Modulen zu gewährleisten. Beispielsweise können Faktoren wie Laserenergieverteilung und Abtastgeschwindigkeitsgleichmäßigkeit auf Modulen auf der Ebene der Quadratmesser die Schreibqualität beeinflussen. Fortgeschrittene Laser -Scan- und Energiekontrolltechnologien müssen entwickelt werden.
Erhöhte Konzentrationsschwierigkeiten: Die Oberflächenebenheit großer Module ist oft gering, was die Laserfokussierung erschwert. Die Stabilität und Genauigkeit des Laserfokus sind entscheidend für die Ritzqualität. Um sich an die Bearbeitungsanforderungen großer Module anzupassen, sind hochpräzise Fokussteuerungssysteme erforderlich, die sicherstellen, dass der Laser während des gesamten Prozesses auf die richtige Position fokussiert bleibt.
5. Stabilität und Zuverlässigkeit der Ausrüstung:
Langfristiger Dauerbetrieb: Die Herstellung von Perowskit-Solarzellen ist typischerweise ein groß angelegter, kontinuierlicher Prozess, der einen stabilen Betrieb von Laserritzgeräten über lange Zeiträume erfordert. Dies stellt hohe Anforderungen an die Stabilität und Zuverlässigkeit verschiedener Komponenten, einschließlich der mechanischen Struktur, des optischen Systems und des Steuerungssystems. Beispielsweise müssen die Lebensdauer des Lasers, die Verschleißfestigkeit optischer Komponenten und die Anti-Interferenz-Fähigkeit des Steuerungssystems strengen Tests und Validierungen unterzogen werden.
Prozesskompatibilität: Laserschreibgeräte müssen mit anderen Herstellungsprozessen von Perovskitzellen wie Beschichtung und Verpackung kompatibel sein, um einen reibungslosen Produktionsfluss zu gewährleisten. Die Konstruktions- und Parametereinstellungen der Geräte müssen den Anforderungen von vorgelagerten und nachgeschalteten Prozessen entsprechen, um eine verringerte Produktionseffizienz oder Qualitätsprobleme aufgrund der Prozesskompatibilität zu vermeiden.
6. Optimierung der Laserparameter:
Auswahl der Laserleistung: Die Wahl der Laserleistung muss genau an die Eigenschaften von Perovskitmaterialien, Filmdicke und Schreibgeschwindigkeit angepasst werden. Übermäßige Leistung kann zu übermäßigen Materialschäden führen, während unzureichende Leistung nicht effektives Schreiben erreicht. Daher ist es notwendig, ein genaues Beziehungsmodell zwischen Laserleistung und Materialverarbeitungseffekten festzulegen, um die entsprechenden Laserleistungsparameter schnell und genau auszuwählen.
Pulsbreite und Frequenz: Die Pulsbreite und Frequenz des Lasers beeinflussen auch die Qualität und Wirksamkeit des Schreibens. Unterschiedliche Perovskitmaterialien und -strukturen erfordern möglicherweise unterschiedliche Impulsbreiten und Frequenzparameter, um die besten Schreibergebnisse zu erzielen. Daher sind eingehende Forschungen und Optimierung von Laserpulsparametern erforderlich, um die Anforderungen der Perovskitproduktion zu erfüllen.