钙钛矿太阳能电池被认为是下一代光伏技术的有希望的候选者，因为它们具有高功率转换效率（PCE），单结配置可达27.3%，串联配置可达33.9%，并且具有较低的制造成本[1]，[2]，[3]，[4]，[5]，[6]。然而，由于对湿度、氧气和光线等环境因素的敏感性，它们的商业可行性受到严重限制[7]，[8]。例如，甲基氨铅碘化物（MAPbI3）在相对湿度（RH）超过50%时会发生水解引起的黄变[9]。因此，开发稳健的长期封装技术至关重要[10]，[11]。传统的封装策略存在局限性：(i)粘合剂封装使用环氧树脂[12]、丁基橡胶[13]或聚二甲基硅氧烷（PDMS）[14]将盖玻片粘合并密封到太阳能电池基底上。然而，这些聚合物容易老化和挥发，可能导致密封失效。(ii)薄膜阻挡层通过原子层沉积（ALD）形成纳米级金属氧化物阻挡层（例如Al2O3 [15]、SnOx [16]、SiOx [17]）或使用有机复合薄膜（如柔性有机阻挡层[18]）。尽管这两种类型的阻挡层都能实现封装，但制造过程相对复杂且成本较高。尽管目前的密封方法能够实现封装，但缺乏实现商业要求的20年使用寿命所需的长期耐久性。
尽管新兴的超快激光技术为PSC封装提供了新的方法，但它们仍受到关键瓶颈的阻碍：虽然Ribeiro等人（2012年）率先采用了激光辅助的熔块密封技术用于染料敏化太阳能电池（DSCs）[19]，但该方法需要预先沉积中间层。Jorge等人（2020年）将激光辅助的玻璃熔块封装应用于没有空穴传输层（HTM）的PSCs[20]，然而，他们的双激光束工艺（结合预热和局部熔化）可能导致熔化不完全和局部过热，从而可能引起钙钛矿的热降解[21]。在皮秒激光处理过程中，Chen等人（2021年）在涂有钙钛矿薄膜的玻璃基底上使用石英玻璃和钠钙玻璃进行了密封实验，仅石英玻璃具有2小时的水抵抗性，钠钙玻璃具有6小时的水抵抗性[22]，长期稳定性仍然是一个问题。在相关的焊接过程中，皮秒激光焊接产生的过度热影响区导致热应力增加，从而影响了焊接质量和密封性能。
纳米秒激光处理通过线性吸收和热扩散进行，导致明显的热影响区（HAZ），这通常会在玻璃中引起微裂纹和残余应力[23]-[24]。相比之下，飞秒激光焊接利用其超短脉冲特性和超高峰值功率（约1014瓦/平方厘米）能够精确控制微米级（小于100微米）的熔化过程[25]-[26]。这显著减少了热影响区，减轻了热应力，并降低了对热敏感材料（如钙钛矿）的损伤风险，从而提高了长期焊接稳定性。此外，在非紧密聚焦条件下使用长焦深、无衍射的光束可以诱导近场纳米级材料烧蚀[27]。此外，飞秒脉冲引起的非线性吸收促进了玻璃微区熔化和键合，防止了热损伤，并带来了诸如消除中间层、确保高精度和实现强键合强度等优势[28]，[29]，[30]。
据我们所知，我们首次报道了直接使用飞秒激光焊接二氧化硅玻璃和ITO玻璃以封装钙钛矿薄膜的方法，有效克服了基于皮秒激光技术的局限性。通过优化激光参数（1.37微焦耳，1兆赫），我们实现了微米级的界面熔化-再结晶和共价键合，获得了147.6兆帕的创纪录剪切强度和出色的密封性能——在水浸168小时和10次热循环（85°C至-20°C）后没有出现退化。这种稳健的方法克服了传统粘合剂和基于皮秒激光方法的局限性，为高度敏感的光电器件提供了可靠的封装解决方案。
