2024年中国钙钛矿电池工艺流程分析 镀膜、涂布、激光刻蚀为关键环节

  钙钛矿电池制备流程及工艺设备;钙钛矿电池不同组成部分制备工艺及设备;主流镀膜方式对比;大面积钙钛矿薄膜制备技术对比;钙钛矿电池激光刻蚀工艺流程

  钙钛矿电池在结构上由多个功能薄膜叠加而成，其制备在方法上也是在基底上一层层累置薄膜而成。整一个完整的过程中三层薄膜(空穴传输层HTL、钙钛矿层、电子传输层ETL)制备最为关键，镀膜、涂布、激光刻蚀为核心环节，镀膜设备(PVD、RPD)、激光设备和涂布机为核心设备。

  以反式平面结构为例，其工艺流程为：导电透明玻璃制备-激光P1刻蚀-制备第一传输层薄膜-退火/干燥-制备钙钛矿层薄膜-退火烘干-制备第二传输层薄膜-退火/干燥-激光P2刻蚀-底电极(背电极)制备-激光P3刻蚀-激光清边-测试分拣和封装。钙钛矿电池组件生产共需要镀膜设备、激光设备、涂布设备和封装设备4种设备，需进行3次镀膜、3次激光刻蚀+1次激光清边。制备过程中，材料、工艺、设备共同铸就钙钛矿电池企业的核心竞争力，钙钛矿电池产业化发展带来关键设备的投资机会。

  钙钛矿电池空穴传输层和电子传输层的制备工艺最重要的包含PVD和RPD，ALD目前处于研究状态，未来或将应用于钙钛矿电池功能层制备。PVD又分为真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜和真空离子镀膜(RPD)。

  从三种镀膜技术对比来看，PVD为目前较成熟的镀膜技术，具有沉积速率快、成本较低的优势，但该技术制备的薄膜均匀性相对较差;采用RPD制备电子传输层能够大大减少制作的步骤中对下方钙钛矿层的影响，但设备成本高于PVD;ALD工艺的优势则在于大面积成膜的均匀性，且致密、无针孔。

  钙钛矿层的制备是生产的全部过程中的核心环节，其成膜质量直接决定了电池的转换效率，目前主要制备方法有溶液涂布法(湿法)、真空蒸镀法(干法)、气相辅助溶液法(干湿法结合)。其中，溶液涂布法又分为刮刀涂布法、狭缝涂布法、丝网印刷法、喷涂法、喷墨打印法和软膜覆盖法。

  钙钛矿薄膜的结晶性良好有助于降低其缺陷态密度、减少载流子的复合。大面积钙钛矿的主要难点就是如何在溶液中形成大量的结晶，以提升镀膜的均匀性。狭缝涂布法能够最终靠控制系统参数设定进行精确设计、可兼容卷对卷生产，是实现钙钛矿电池产业化的重要方法。

  激光工艺涉及到整个钙钛矿薄膜电池的制备流程，是整个生产流程中的必备环节。钙钛矿电池生产的全部过程中需要分别进行3次平行激光刻蚀(P1-P3)，并完成P4的清边。P1-P3刻蚀环节的作用是切割电池表面，形成阻断电流导通的单独模块，实现增大电压和串联电池的效果;P4激光负责清边以完成最后的封装环节。

  更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国钙钛矿电池（PSCs）产业高质量发展前景预测与投资战略规划分析报告》。

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  本报告前瞻性、适时性地对钙钛矿电池（PSCs）产业的发展背景、供需情况、市场规模、竞争格局等行业现状进行分析，并结合多年来钙钛矿电池（PSCs）产业发展轨迹及实践经验...

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