钙钛矿电池从实验室走向量产,产业化的关键拐点在于制备工艺从实验室的旋涂切换到面向量产线的狭缝涂布(及刮刀涂布)。旋涂利用离心力成膜,膜层均匀,但浆料利用率低,不适合产业化;而狭缝涂布在锂电池极片、液晶面板光学膜等领域已有成熟应用,在精度、设备控制及浆料配方上更有经验,因此成为量产线的主流选择。这一工艺切换意味着设备端率先承接技术变革红利,涂布设备的精度与良率直接决定钙钛矿组件能否规模化落地。

涂布与印刷:量产工艺的两条路线

钙钛矿层的量产制备主要有涂布和印刷两种思路,其中涂布更为主流。涂布路线分为狭缝涂布与刮刀涂布,通过不同设备控制镀膜厚度与成膜质量。印刷路线中,丝网印刷应用最多,优势在于低成本、高吞吐量,但高温制备时容易破坏钙钛矿层,因此相对冷门。值得注意的是,实验室工艺与产业化工艺不能对等看待——实验室常用的旋涂在量产线上并不适用,这正是产业化的第一道分水岭。

PVD设备:功能层的镀膜方案

除钙钛矿层外,电子传输层、空穴传输层以及TCO玻璃、电极层的制备均需用到PVD(物理气相沉积)设备。PVD主要有三种工艺:蒸镀、磁控溅射镀和RPD。前两者较为成熟,而RPD原为日本住友的独家技术,现已授权给捷佳,这也是捷佳钙钛矿设备布局的核心所指。由于钙钛矿组件结构与面板行业TFT制程相似,涂布和PVD设备领域能看到不少此前服务面板行业的公司。

激光刻蚀:P1-P4工序与设备壁垒

激光设备用于刻蚀电路结构,业内称为P1-P4四道工序。前三道激光用于划刻形成线槽,阻断电流、形成独立模块并串联电池;最后一道P4用于清除无效区域、方便拼接。其中P1主要针对玻璃,P2-P3针对膜层,因此所用光源各不相同。激光设备的核心壁垒在于激光器能否自制——头部企业中,大族激光自产紫外及超快激光器等产品,德龙激光在半导体及光学领域的精密激光加工设备中较多使用自产超快激光器。激光器自制能力是决定设备商竞争壁垒的关键。

常见问题

为什么旋涂不适合钙钛矿量产?

旋涂利用旋转离心力制作膜层,优点是膜层均匀,但浆料使用率较低,难以满足量产对材料利用率和成本的要求。因此实验室工艺与产业化工艺完全不同,量产线需要切换到狭缝涂布或刮刀涂布。

狭缝涂布相比刮刀涂布有何优势?

狭缝涂布是涂布路线中更为主流的技术,在锂电池极片、液晶面板光学膜等领域已有应用积累,因此在精度、设备控制以及浆料配方等方面更有经验。刮刀涂布是另一条路线,两者通过不同设备控制镀膜厚度与成膜质量。

激光设备在钙钛矿制备中起什么作用?

激光设备用于刻蚀电路结构,通过P1-P4四道工序完成划刻、清边等操作。P1针对玻璃,P2-P3针对膜层,P4用于清除无效区域。激光器是否具备自制能力,是衡量设备商技术壁垒的关键指标。