在钙钛矿电池结构中,除钙钛矿层外,玻璃、两个传输层以及电极等环节都会涉及镀膜设备,这类镀膜需求主要集中在PVD(含RPD)大类,ALD作为原子层沉积技术同属镀膜设备范畴,在致密薄膜与界面修饰上有其特定应用场景。从价值量看,PVD(含RPD)、涂布、激光设备的价值占比分别约为40%、20%和10%,镀膜环节是钙钛矿设备中价值占比最高的部分,需求与电池结构设计紧密相关。已公告布局钙钛矿用镀膜设备的厂商中,溅射镀PVD、RPD、蒸镀PVD及ALD均有企业覆盖,其中湖南红太阳已完成溅射镀PVD以及ALD的出货。
各膜层对镀膜工艺的要求差异
钙钛矿电池从玻璃到电极,几乎每一层都涉及镀膜。玻璃环节若自行制备,需要气相沉积法设备,典型代表是PECVD以及PVD;之后的两个传输层以及电极同样会用到。可以这样理解:除钙钛矿层外,钙钛矿的其余部分都会涉及PVD设备。
不同技术路线对设备形态的要求也不同。晶硅路线更倾向水平式(卧式)设备,因为硅片薄片化是大势所趋,立式工艺难以固定过薄的硅片;钙钛矿则是在玻璃上镀膜,尺寸变大后放入水平式设备容易发生自然形变,立式设备可自下而上镀膜,因此钙钛矿未来采用立式设备的可能性更大。捷佳伟创在晶硅路线大体采用水平式设备,而在钙钛矿领域布局了两个立式设备,属于为未来储备技术。
ALD在致密层与界面修饰中的角色
ALD与PVD同属镀膜大类,在钙钛矿电池的膜层体系中,其应用场景与PVD有所区分。从已公告的镀膜设备供应格局看,ALD的参与者包括进口的荷兰SMIT与国产的湖南红太阳,而湖南红太阳同时完成了溅射镀PVD以及ALD的出货。这一格局说明,ALD并非替代PVD,而是与PVD类设备共同覆盖钙钛矿电池不同膜层的镀膜需求,在需要更致密薄膜与界面修饰的环节发挥作用。具体的膜层适配方案,需结合电池结构设计与工艺路线具体确定。
下游中试与量产线的设备配置
从设备研发与量产进展看,镀膜设备的配置需求与产线阶段密切相关。众能光电自2020年起开发了包括喷雾热解镀膜机、真空蒸镀机、磁控溅射机、PECVD和SALD等在内的一系列钙钛矿光电器件装备;晟成光伏在2022年申请了名为“一种集成RPD和PVD的镀膜设备”的专利,其钙钛矿电池团簇型多腔式蒸馏设备已实现量产并应用于多个客户端;捷佳伟创的立式反应式等离子体镀膜设备(RPD)通过厂内验收后发运客户投入生产,填补了国产设备空白。这些进展表明,下游产线对镀膜设备的配置正从单机验证走向多环节、多技术路线的组合配置。
常见问题
钙钛矿电池除钙钛矿层外,哪些环节需要镀膜设备?
玻璃、两个传输层以及电极环节都会涉及镀膜设备,其中PVD类设备覆盖范围最广。若玻璃自行制备,还需用到PECVD以及PVD等气相沉积设备。
ALD设备在钙钛矿电池中主要解决什么问题?
ALD属于镀膜设备大类,与PVD并列,在致密薄膜与界面修饰方面有特定应用场景。已公告的ALD供应商包括进口的荷兰SMIT与国产的湖南红太阳,后者同时完成了溅射镀PVD及ALD的出货。
钙钛矿产线为什么更倾向立式镀膜设备?
钙钛矿在玻璃上镀膜,尺寸变大后放入水平式设备容易发生自然形变,立式设备可自下而上镀膜。晶硅路线则因硅片薄片化更倾向卧式设备,两条路线的设备形态侧重不同。