薄膜电池有五个进程p1p2p3p4p5刻划对电压电流的影响

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2022-11-24 03:42 标签： 有五个进程p1p2p3p4p5

在一年前的时候，如果说钙钛矿还是在实验室中，在7月市场的一致大涨过程中，钙钛矿也迎来了国内首次商业化的出货。

7月28日，钙钛矿光伏产业化领军企业纤纳光电在浙江衢州举行了首批α组件的发货仪式，第三代钙钛矿薄膜太阳能电池技术进一步实现了从实验室到产业化的跨越式发展。此次发货数量为5000片，用于浙江省内工商业分布式钙钛矿电站。（上证报）

股市一直在讲故事，那么近日的发货就就是把故事变为现实。当然作为世人瞩目的首次出货，到真正的量产化，还有很长的路需要走。

钙钛矿是指一类陶瓷氧化物，其分子通式为ABO3 ；此类氧化物最早被发现，是存在于钙钛矿石中的钛酸钙（CaTiO3）化合物，因此而得名。

钙钛矿太阳能电池(PSCs)是利用钙钛矿结构材料作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代高效薄膜电池的代表。钙钛矿光吸收系数高、材料成本低，钙钛矿电池结构简单，制造工艺流程短，生产能耗低；

钙钛矿电池效率不断提高，历时多年钙钛矿电池光电转换效率从3.8%提升至25.7%，有望打平甚至超越晶硅电池，而原料、制造成本远低于晶硅电池，有望成为新一代的光伏技术。下图即为光伏电池技术路线的演进，不同技术路线逐步突破光电效率极限。

光伏组件是光伏发电系统的核心部件，能够将太阳能直接转化为电能。能量转换效率是光伏组件的核心技术参数，更高的转换效率是光伏技术研究和产业发展不断追求的目标，是光伏发电成本持续下降的源动力。

一般的钙钛矿分两种，钙钛矿单结电池和钙钛矿硅叠加电池。一般的单结的钙钛矿电池从上而下分别是透明电极（一般是玻璃）、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输器、金属电极。

其具体的工作原理是入射光透过玻璃入射以后，能量大于禁带宽度的光子被吸收，产生激子，随后激子在钙钛矿吸收层分离，变为空穴和电子并分别注入传输材料中。其中空穴注入是从钙钛矿材料进入到空穴传输材料中，电子注入是从钙钛矿材料进入到电子传输材料（通常为二氧化钛薄膜）中。基于此，钙钛矿有两类结构：介观结构和平面异质结结构。 介观结构钙钛矿太阳能电池是基于染料敏化太阳能电池（DSSCs）发展起来的，和DSSCs的结构相似：钙钛矿结构纳米晶附着在介孔结构的氧化物（如TIO2）骨架材料上，空穴传输材料沉积在其表面， 三者共同作为空穴传输层。在这种结构中，介孔氧化物（TiO2）既是骨架材料，也能起到传输电子的作用。 平面异质结结构将钙钛矿结构材料分离出来，夹在空穴传输材料和电子传输材料中间。激子在夹芯的钙钛矿材料中分离，这种材料可同时传输空穴和电子。

有机金属卤化物钙钛矿展现了丰富的材料种类，其薄膜制备工艺也较为多样化。起初学术研究上以旋涂法为主，绝大部分器件的有效面积小于1cm2，远小于太阳能电池商业化所需的尺寸。对于大尺寸钙钛矿薄膜的制备，旋涂法不仅使薄膜的均匀性显著降低，也浪费了大量的原料。因此，近年来研究者们致力于开发制备大尺寸钙钛矿薄膜的工艺，大体上可以分为两类：（1）溶液法，如刮刀涂布法、喷涂法和狭缝涂布法等；

Process）是化合物在水或低碳醇溶剂中经溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理制备氧化物、复合氧化物和许多固体物质的方法。溶胶-凝胶法中反应前驱体通常为金属无机盐和金属有机盐类，如金属硝酸盐、金属氯化物及金属氧氯化物、金属醇盐、金属醋酸盐、金属草酸盐。溶胶-凝胶法中多以柠檬酸、乙二胺四乙酸、酒石酸、硬脂酸等配位性较强的有机酸配体为主。该方法可以用来制备几乎任何组分的六角晶系的型钙钛矿结构的晶体材料，能够保证严格控制化学计量比，易实现高纯化，原料容易获得，工艺简单，反应周期短，反应温度、烧结温度低，产物粒径小，分布均匀。由于凝胶中含有大量的液相或气孔，在热处理过程中不易使颗粒团聚, 得到的产物分散性好。此法存在缺点是处理过程收缩量大，残留小孔，成本高和干燥时开裂。

（2）固相反应法，如热蒸法和化学气相沉积等。其中刮刀涂布和狭缝涂布法是目前产业化应用较多的工艺，而热蒸法是硅/钙钛矿叠层电池比较主流的工艺。这里主要介绍制备单结钙钛矿电池常用的刮刀涂布法和狭缝涂布法。

刮刀涂布是大规模制备钙钛矿薄膜广泛使用的方法之一。前驱体溶液被刀片在光滑的基底上刮过形成平整的湿膜，然后将湿薄膜干燥形成固态薄膜。薄膜厚度通常受几个因素控制，前驱体溶液的浓度和分散度，刀片的刮涂速度，刀片和基板之间的距离以及基板的温度等。通过调整初始油墨厚度和溶剂蒸发速率，可以制备成不同厚度的薄膜，与传统的旋涂方法相比，溶液浪费大大减少。采用这种方法制备2051cm2大小的钙钛矿太阳能电池模组，效率达到15.3%。

狭缝涂布其核心部件是机械制造的流体模头，其中一侧连接泵以抽取前驱体溶液，另一侧是前驱体溶液的出口，以形成均匀的湿膜。与刮刀涂布相比，该方法具有更高的控制精度和更好的可重复性，但它需要更多的钙钛矿前驱体溶液，且对前驱体溶液的要求也较高。目前通过狭缝涂布的方式制备的300cm2的钙钛矿太阳能电池效率高达18%。

镀膜设备、涂布设备、激光设备、封装设备为钙钛矿电池制备四大设备。以协鑫光电100MW钙钛矿电池组件生产线为例探讨设备构成。在四大核心设备中，镀膜设备价值占比约50%。

国内钙钛矿领域镀膜设备供应商包括京山轻机、宏大真空、四盛科技等。2021年5月，晟成与协鑫光电钙钛矿叠层电池技术合作开发协议签约仪式在昆山举行。晟成与协鑫光电计划开展钙钛矿叠层电池的工艺及设备开发的合作，双方约定在晟成建立异质结钙钛矿叠层电池实验线，协鑫光电提供钙钛矿电池的工艺技术，晟成提供工艺设备及组件封装设备，共同完成异质结钙钛矿叠层电池的工艺开发，晟成根据工艺需求开发出异质结及钙钛矿电池的核心制造设备。晟成的光伏钙钛矿电池团簇型多腔式蒸镀设备实现量产，并成功应用于多个客户端，其为钙钛矿电池制备过程中钙钛矿材料及金属电极材料的蒸镀设备。

②涂布设备：应用于制备钙钛矿吸光层、晶化。国内涂布设备代表公司为大正微纳、德沪涂膜。德沪涂膜开发的全球首套用于大面积钙钛矿太阳能面板制造核心涂膜设备系统于2021年年末验收成功，成为国内首个可提供高品质量产电子级精密狭缝涂布设备的本土公司。

③激光设备：应用于串联电池等，主要包括激光膜切与激光清边。钙钛矿电池制备过程中，激光膜切指利用激光工艺刻划P1、P2、P3层，阻断导电，从而形成单个模块。（a）导电玻璃刻蚀时，保证刻蚀线宽和刻蚀线间距的准确性，不损伤基板玻璃；（b）刻蚀钙钛矿吸光层时，要求激光刻蚀线宽和激光刻蚀线间距准确，不伤P1层的FTO；（c）蚀刻P3银浆层、镀金层或碳粉层时，确保激光蚀刻干净，激光蚀刻线宽和激光蚀刻线间距准确，蚀刻过程中不会损伤P2层。激光清边指利用激光工艺将电池边缘的各层沉积膜清除掉。激光设备价值占比约20%。

国内钙钛矿电池激光设备供应商主要包括杰普特、迈为股份、帝尔激光等。杰普特已有产品应用于钙钛矿电池。其研发的柔性钙钛矿膜切设备主要用于柔性钙钛矿薄膜切割，运用优化的超短脉冲激光工艺，通过高精度视觉定位、运动控制及光束整形技术，有效降低了钙钛矿薄膜电池死区宽度，使得钙钛矿太阳能电池生产效率进一步提升。2021年8月杰普特为大正微纳定制的全球首套柔性钙钛矿膜切设备通过验收并正式投入使用。

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