钙钛矿太阳能电池（PSCs）虽已实现26.1%的小面积效率，但其向大组件的转化中仍面临>6%的效率损失。这种"电池-组件"(CTM)效率鸿沟成为产业化的核心障碍。研究发现，传统组件制备中的激光划刻工艺（尤其是P3顶电极隔离步骤）会引发钙钛矿材料热降解，但机制不明。

本文通过调控激光脉冲重叠度，结合美能钙钛矿在线PL测试机评估激光刻划过程引起的材料缺陷和界面状态。首次揭示了低激光暴露策略提升开路电压VOC和稳定性的物理根源，成功开发出效率20.24%的微型组件，为产业化突破提供关键技术支撑。 

激光划刻工艺

（a）两步 P3 激光划刻过程示意图（b）P3 激光划刻引起的损伤机制（c）P3 激光划刻对激光功率的依赖性（d）基于脉冲重叠的实际线划刻机制的示意性解释（e）通过改变激光功率和扫描速度获得的 P3 划刻特征的 OM（反射模式）和 SEM 图像（f）（e）中情况的 P3 激光划刻中心区域的横截面 SEM 图像

激光划刻通过P1（底电极隔离）-P2（层间导通）-P3（顶电极隔离）三步实现组件单片互连。其中，P3步骤需移除金（Au）顶电极以隔离相邻子电池，却面临双重矛盾：

材料损伤困境：皮秒（ps）激光热扩散会诱导钙钛矿分解；

死区最小化需求：传统高重叠激光（脉冲突覆>44%）导致Au脱落，使死区扩大75%。

关键发现：通过532 nm ps激光的脉冲重叠度（由扫描速度调控）可精确控制热影响区：

> 高重叠（扫描速度≤1 m/s）：激光直接照射钙钛矿，引发不可逆降解

> 低重叠（≥2 m/s）：激光仅移除Au层，钙钛矿受热扩散影响微弱 

颠覆性发现：低重叠策略提升电学性能

(a) P3刻划测试示意图：采用不同激光功率的J-V曲线对比：(b) 0.05 W (0.08 J·cm⁻²) 在1 m·s⁻¹和2 m·s⁻¹扫描速度下的刻划前后曲线；(c) 0.4 W (0.64 J·cm⁻²) 在相同扫描速度下的刻划前后曲线；(d) 经62天暗态空气环境老化后，不同激光参数组（0.05 W/1 m·s⁻¹、0.1 W/1.5 m·s⁻¹、0.4 W/2 m·s⁻¹）的J-V曲线；(e) 不同激光功率与脉冲重叠度条件下开路电压（VOC）随老化时间的变化（低重叠度：2 m·s⁻¹，高重叠度：1 m·s⁻¹）

通过对比0.05–0.6 W激光功率与1–2 m/s扫描速度的组合，研究团队发现：

该现象打破传统认知——低功率（0.05 W）联合低重叠（速度2 m/s） 可推动老化后VOC不降反升。这种“反常现象”的物理根源成为后续研究焦点。 

机理解密：PbI₂钝化效应与稳定性关联

(a–d) 不同激光参数下P3刻划后（老化样本）钙钛矿组件的截面透射电子显微镜及元素分布图(e–h) 不同激光参数刻划区域的光学显微镜与光致发光分布PL 图

通过光致发光图谱（PL）和透射电镜-能谱（TEM-EDX）表征，揭示关键机制：

- 高重叠区域：钙钛矿大面积暴露于激光，直接热降解导致PbI₂缺失；

- 低重叠区域：金电极选择性移除后，残留钙钛矿在环境作用下原位生成PbI₂钝化层。

钝化效应验证：

> 1. PL图谱显示低重叠区PbI₂特征峰（475 nm）强度提升3倍；

> 2. EDX证实PbI₂富集于P3边界，填补晶界缺陷；

> 3. 添加PbI₂的对照组电池效率提升0.8%，佐证钝化效果。

该过程本质是激光规避策略触发自钝化反应：PbI₂作为钝化层抑制载流子复合，同时阻隔氧气/水分子侵蚀。 

产业化实证：20.24%效率组件诞生

(a) 全激光刻划钙钛矿太阳能组件制备流程（刻划步骤：P1–P2–P3序贯加工）(b) 单片互联组件等效电路模型：(c) 参比电池与组件性能对比（低功率+低激光重叠度条件下的效率η与开路电压VOC随时间变化）(d) 最优P3刻划参数下的最佳组件J-V曲线

基于上述发现，团队开发全激光划刻组件：

- P1/P2步骤：532 nm纳秒激光（ITO隔离）与皮秒激光（层间导通）协同；

- P3步骤：严控0.05 W功率+2 m/s扫描速度（脉冲突覆<1%）。

所得5 cm²微型组件实现：

- 初始效率19.29%（反向扫描） → 老化18天后跃升至20.24%；

- 开路电压VOC达4.45 V（子电池均压1.11 V）；

- 50天内效率持续增长，证明钝化反应持续增益。

至此，钙钛矿组件首次实现效率提升与长期稳定的双重突破。 

本工作通过创新性关联激光脉冲重叠度-钙钛矿热损伤-PbI₂钝化效应和光致发光PL数据帮助验证激光刻划参数的优化，确立了低重叠P3刻划提升钙钛矿组件稳定性的物理机制，并为20%+高效组件奠定工艺基础。未来需深入量化PbI₂的退化机制，并攻克规模化制造中的界面工程难题。 

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