钙钛矿全流程介绍

钙钛矿太阳能电池是第三代光伏技术的代表，具备显著的光电特性与产业化潜力。其核心材料ABX₃为有机金属三卤化物，具有光学带隙可调（1.1~2.3eV）、吸收系数高、载流子扩散长度大等优势，同时兼具原料丰富、缺陷容忍度高及成本低的特性。

核心优势
1.1 带隙可调提升理论效率
钙钛矿材料带隙可精准调控，通过与晶硅叠层可覆盖更宽光谱范围，高效吸收不同波长的光。单结钙钛矿电池理论效率达31%，与晶硅叠层后理论效率突破43%。

1.2 低成本制造潜力
相比晶硅电池，钙钛矿工艺流程显著缩短，单GW产能投资更低。其生产集中于单一工厂，省去硅料提纯、硅片切割等环节。数据显示，晶硅电池需4道以上工序，耗时超3天；钙钛矿组件直接由原材料加工成型，大幅降低制造成本。

溶液涂布工艺
2.1 主要技术路线
1) 刮刀涂布：通过刮板与前驱体溶液的相对运动形成液膜。
2) 狭缝涂布：前驱体溶液经精密泵控，从狭缝头连续挤出形成均匀液膜，适用于工业化连续生产。
3) 喷涂：溶液雾化后沉积于基底，适合大面积薄膜制备。
4) 喷墨打印：非接触式沉积，对基底兼容性高，可直接图案化印刷。
5) 超声涂布：利用高频振动细化前驱液颗粒，提升溶液分散性与成膜均匀性，减少涂层缺陷。

2.2 涂布流程关键环节
– 放卷：基材经张力控制与纠偏系统导入涂布区。
– 涂布：狭缝涂布通过模头挤压形成液珠转移至基材。
– 烘烤：热风或红外加热固化液膜。
– 收卷：面密度检测后卷取成材。

2.3 狭缝涂布应用
– 平板显示：用于LCD/OLED的PI膜、光刻胶涂布，材料利用率较旋涂提升75%。
– 新能源电池：适用于钙钛矿光活性层、锂电池极片涂布，其中动力电池以狭缝挤压式为主。

真空蒸发镀膜
3.1 基本原理
在真空环境下，通过物理气相沉积（PVD）使靶材气化沉积成膜，主要分为：
1) 蒸发镀膜：电阻加热靶材蒸发沉积。
2) 溅射镀膜：氩离子轰击靶材溅射成膜。
3) 离子镀膜：靶材电离后电场加速沉积。
钙钛矿层制备以蒸发镀膜为主，包括共蒸法（多源同步蒸发）与分步蒸发法（顺序沉积调控比例）。

3.2 工艺流程
1) 镀前处理：基底清洁、蒸发材料配比计算。
2) 真空制备：高真空环境保障分子自由程与膜层附着力。
3) 预熔除杂：去除靶材吸附气体及低熔点杂质。
4) 蒸发沉积：控温蒸发与后处理成膜。

钙钛矿薄膜制备对比
4.1 溶液法（湿法）
– 一步法：前驱液旋涂成膜，操作简便但结晶可控性差。
– 两步法：先沉积PbI₂层再反应生成钙钛矿，薄膜均匀性更优。
– 痛点：结晶过程需真空气盒（VCD）控制相变，大面积成膜易产生孔洞。

4.2 气相法（干法）
– 优势：兼容非平整基底（如绒面晶硅），适合叠层电池。
– 局限：设备成本高，需破真空退火，生产效率较低。

4.3 工艺对比结论
| 指标 | 溶液涂布 | 真空蒸发 |
| 成本 | 低（湿法速度快） | 高（设备复杂） |
| 基底兼容性 | 需平整表面 | 适用绒面/非平整基底 |
| 成膜质量 | 易产生针孔缺陷 | 致密均匀 |

其他功能层制备
– TCO层：超声镀膜
– 空穴传输层：
– 氧化镍（NiOx）：磁控溅射法成膜质量最优，溶液法易产生针孔。
– 聚合物材料（如Poly-2PACz）：通过多磷酸基团增强界面结合，厚度不敏感特性适配大面积涂布，实现26%的电池效率与优异紫外稳定性。

超声涂布前驱体溶液
超声涂布技术通过高频振动使前驱体溶液中的纳米颗粒均匀分散，减少团聚，从而提升钙钛矿薄膜的覆盖率与结晶一致性。该方法可有效抑制溶液法常见的针孔缺陷，为高性能大面积钙钛矿电池提供新途径。

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