钙钛矿电池的膜层主要分为电子传输层、钙钛矿层和空穴传输层三层。涂布与印刷设备主要用于钙钛矿层的制备,PVD设备则用于传输层,但涂布、印刷设备同样会用在传输层之中,设备应用存在交叉。 其中刮刀涂布与狭缝涂布同属涂布路线,是产业化制备钙钛矿层的两种主要方式,二者通过不同设备控制镀膜厚度与成膜质量;相比之下,旋涂属于实验室级别工艺,浆料使用率较低,不适合产业化,与量产工艺不能对等看待。

钙钛矿层:涂布为主流,刮刀与狭缝并行

从制作工艺看,大面积制取钙钛矿层主要有涂布和印刷两种思路,其中涂布工艺相对主流。涂布路线又分为狭缝涂布与刮刀涂布,两者使用不同设备来控制镀膜厚度与成膜质量。狭缝涂布更为主流,该技术在锂电池制造极片以及液晶面板的光学膜中均有应用,因此在精度、设备控制和浆料配方等方面积累了更多经验。

印刷路线相对冷门,原理类似打印机,直接把钙钛矿层打到电池上,其中用得最多的是丝网印刷,优势在于低成本、高效率(吞吐量),但高温制备时容易破坏钙钛矿层。

传输层与全流程:PVD与涂布印刷的功能分工

传输层制备主要依赖PVD设备。PVD即物理气相沉积技术,工艺上主要有三种,前两种较为成熟;除上下两个传输层外,制作TCO玻璃以及电极层时也会用到PVD技术。无论哪种,本质都是镀膜,区别只是用在哪个层。正因如此,涂布、印刷设备也会用在传输层之中,与PVD形成功能分工而非绝对割裂。

从钙钛矿组件(反式平面结构)的生产工艺看,全流程对应关系为:第一道工序是FTO玻璃清洗,涉及第一道激光;随后依次制作空穴传输层、钙钛矿层和电子传输层,其中用到P2、P3两道激光;最后是激光清边以及后道的封装。全套工序下来,电池和组件同步制备完成。

常见问题

刮刀涂布和狭缝涂布在钙钛矿层制备中有什么区别?

两者同属涂布路线,都是通过不同设备来控制镀膜厚度与成膜质量。其中狭缝涂布更为主流,在精度、设备控制和浆料配方方面更有经验;刮刀涂布则是并行的另一条涂布思路。

涂布设备只用于钙钛矿层吗?

不是。涂布、印刷设备虽主要用于钙钛矿层制备,但也会用在传输层之中,与用于传输层的PVD设备存在应用交叉。

钙钛矿组件生产的全流程涉及哪些设备环节?

从FTO玻璃清洗开始,经空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层制备,到激光清边与封装,对应涂布印刷、PVD与激光等设备,其中P1-P4四道激光承担划刻与清除无效区域等功能。