在這篇文章中報告了，鈣鈦礦薄膜太陽能電池的製造中，機械和雷射圖形化的分析和比較。除了穩定性，元件的升級和模組的製造都是鈣鈦礦太陽能電池商業化的關鍵挑戰。在這裡，重點在於模組內P2連接最佳化，表示出電性和電池串聯連接之間的關係。P2連接的具體接觸電阻率，採用增強式傳輸線方法來確定。本研究使用機械或是雷射圖形化所製造4 cm2的模組，孔徑面積效率可達15.3 %和幾何填充係數可達94 %。透過模擬規劃的應用，以積體電路強調為基礎電元件模型、連接損耗量化和最佳設計，呈現在鈣鈦礦模組上。
在過去二十年，能源行業有著明顯的變化，透過模組化可再生能源技術的增加使用，如太陽能電池(PV)。薄膜太陽能電池技術提供設計靈活性，使得太陽能電池可以進入現有的建築結構被均勻整合。然而，對於薄膜太陽能電池的全球整合，因設計靈活性和價格下降起了主要作用。因此，研究集中在新材料上，為了薄膜太陽能電池可以結合高效率元件和低成本的製造。在太陽能電池技術研究中，有一種材料已經引起了興趣，是有機金屬鹵化物鈣鈦礦。考慮到目前直接在商業上使用的挑戰，這些可加工溶解的材料已展現出有利的特性對太陽能電池上的應用，包括大的吸收係數、有利和可調的能隙、相當可觀的載子移動率和超過1 μm的擴散長度。鈣鈦礦已經用於各層的結構中。目前最常使用的結構是中孔洞薄膜和平面層。在2016年，具有紀錄實驗室規模的電池效率為22.1 %，這種技術與商用的薄膜太陽能電池技術達到了相同的表現水準。以這些材料的研究成果為基礎，下一步則是展示穩定與可再現性的大面積元件。目前的報告顯示，這技術可改善並進一步提升，透過孔徑面積上升至170 cm2的模組尺寸，實現10 %的模組功率轉換效率。對於薄膜太陽能電池模組架構的尺寸升級，會對太陽能電池性能造成許多的損耗。目前，多數相關的損耗是由模組內的電池連接線所造成。而薄膜太陽能電池系統設計是由單獨相互串聯的電池所組成。由輸出電流變化造成的輸出電壓解耦設計提供了多種變化性。該種設計係在模組內孔徑面積中建造一個非主動區。對於無效面積損耗的定義是幾何填充係數(geometrical fill factor，GFF)：有效面積與總面積之比值。到目前為止，在鈣鈦礦模組報告中，最高幾何填充係數數值為91 % 。另一方面，因為模組內的電池連接中是以電性為連接，所以該接觸點的電阻會增加損耗。
在實驗部分，對於樣品處理和電性測量方面，
在這次工作內，實現不同元件的幾何形狀。對於最小面積(0.13 cm2)的鈣鈦礦太陽能電池和圖型化傳輸線方法(transmission line method，TLM)的測試結構，應用3 × 3 cm2 的玻璃基板並塗上150 nm 的氧化銦錫(indium tin oxide，ITO)，其本身具有低的片電阻(Rsh ≈ 10Ω/□)。模組在4 cm2 的面積上製作，先在玻璃片塗上150 nm的低導電ITO(Rsh ≈ 23Ω/□)。在所有的結構中，對各層薄膜的製程過程都保持一致性。
實驗程序對於模組製作還包括隨後的各層薄膜沉積和連接步驟。本實驗有三個連接圖形化步驟。對於第一次圖形化步驟，將ITO塗層在玻璃基板上進行圖形化，以奈秒(nanosecond)紫外雷射(355 nm)，用以切斷底部電極和定義電池尺寸。在第二次圖形化步驟，在相鄰電池連接之間，透過選擇性移除在ITO底部電極上方全部的薄膜層：電子傳輸層(electron transport layer，ETL)，光主動層(photo-active layer，PAL)和電洞傳輸層(hole transport layer，HTL)。在第二次圖形化步驟的實現是使用機械劃線或是雷射剝蝕。將元件完成後，就是最後的圖形化步驟，即斷開頂部電極。除了雷射圖形化步驟和HTL層是為了氧摻雜而暴露在空氣當中之外，樣品的製作係在氮氣環境中進行。
在模擬部分，本研究最關注的是從元件提升到模組所造成的電性損耗。在模組內的電性損耗，相較於單一小面積電池來說，原因大多是電性接觸長度和子電池的相互連接。主動區面積減少導致光損耗，是因為圖形化步驟所造成。使用SPICE為基礎的電性模擬，先確定模組的性能，透過模擬單一電池，其長度為5mm跟橫向解析度為50μm。透過小面積的鈣鈦礦元件的實驗數據提供二極體模型的電性參數。在該模型內，用子電池系統跟電阻器串聯連接，代表接觸電阻。將模擬模組的性能和1 mm2的單一電池計算結果相互比較。由於較長的電性接觸和接觸電阻率，所以對照比較的結果，可用於更廣範圍的二極體參數和一些容許損耗。在第二步驟，光損耗是透過考慮幾何填充係數實現。
最後，在結論部分，機械和雷射圖形化在鈣鈦礦薄膜太陽能電池模組中的連接性能顯示出相似的結果。使用兩種方法在4 cm2孔徑面積模組上已製造顯示出15 %的孔徑面積效率和高達94 %的幾何填充因子。機械劃線已被證明是具有可靠及成本效益的圖形化技術，但是在雷射剝蝕在關於基板和各層材料之間可提供比較大的變化性。透過擴展傳輸線方法的應用，對於這兩種方法，第二次圖形化步驟連接具體的接觸電阻率已被確定為4×10-4 Ωcm2。為了製造高效率的薄膜太陽能模組，這樣低的數值是必要的。優異的電特性與精確的圖形化方法結合，使連接能具有最小的面積損耗。透過更進一步的連接最佳化，可實現超高幾何填充係數可超越98 %，進而縮小電池跟模組性能之間的差距。一旦連接被最佳化，鈣鈦礦模組性能更進一步增加的關鍵點是從圖形化轉移到電極材料和光活性層塗佈製程的尺寸升級。