狭缝涂布工艺的发展历程,本质上是从锂电池极片制造到液晶面板光学膜涂布,再到钙钛矿光伏电池的产业化应用,不断积累精度、设备控制与浆料配方经验的过程。目前,狭缝涂布已成为钙钛矿层制备的主流工艺路线,正面临从实验室走向GW级量产的关键拐点。
从锂电池到液晶面板:狭缝涂布的技术积淀
狭缝涂布并非为钙钛矿而生。在进入光伏领域之前,这项工艺已经在锂电池制造极片和液晶面板的光学膜中得到了成熟应用。正是因为在锂电和面板行业的长期实践中,狭缝涂布在精度控制、设备控制以及浆料配方等方面积累了丰富经验,才为其后续在钙钛矿领域的应用奠定了基础。
值得注意的是,与面板行业的关联尤为紧密。钙钛矿组件制备中所用的涂布、PVD等设备,与显示面板行业的TFT制程设备高度相关,因此可以看到不少钙钛矿设备企业此前正是面板设备的供应商。
钙钛矿带来的新需求:大面积与量产化
钙钛矿电池的产业化,对涂布工艺提出了全新的要求。在实验室阶段,制备钙钛矿膜层的主流方法是旋涂,利用旋转离心力制作膜层,虽然膜层均匀,但浆料使用率较低,不适合产业化。而产业化量产线需要的是狭缝涂布与刮刀涂布两种路线,其中狭缝涂布更为主流。
从国内主要钙钛矿企业的专利布局来看,狭缝涂布机已成为头部企业重点布局的工艺方向。钙钛矿组件在膜的层面主要分为电子传输层、钙钛矿层和空穴传输层三层,狭缝涂布主要用于钙钛矿层的制备,而上下传输层则更多采用PVD(物理气相沉积)设备。
工艺拐点:从实验室到GW级量产
钙钛矿产业化的核心难点并不完全在设备本身,而更多在于工艺端。涂布、PVD、激光等设备并非钙钛矿行业专属的新设备,在别的行业已有应用,只是针对钙钛矿进行了优化。真正决定成败的,是驾驭设备的人所掌握的工艺KNOW-HOW。
从产业进程来看,钙钛矿正处于从实验室工艺(旋涂)向产业化工艺(狭缝涂布)切换的关键阶段。实验室与产业化的工艺路线完全不同,不能对等看待。对于钙钛矿这类大型技术变革,第一波享受红利的往往是设备厂,而电池厂大多要等到产业链成熟后才迎来投资机会。
常见问题
狭缝涂布和刮刀涂布有什么区别?
狭缝涂布与刮刀涂布是制备钙钛矿层的两种主流涂布路线,主要区别在于使用不同的设备来控制镀膜厚度和成膜质量。其中狭缝涂布更为主流,因为该技术在锂电池极片和液晶面板光学膜中已有应用,在精度、设备控制和浆料配方方面更有经验。
为什么实验室的旋涂工艺不适合产业化?
旋涂利用旋转时的离心力制作膜层,优点是膜层均匀,但浆料使用率较低,不适合产业化生产。实验室与产业化的工艺路线可能完全不一样,两者不能对等看待。
钙钛矿设备企业主要来自哪些行业?
钙钛矿制备所需的核心设备中,涂布和PVD设备与面板行业的TFT制程关联度很高,因此不少钙钛矿设备企业此前是面板设备供应商。激光设备则是相对通用的设备,在晶硅电池等领域也有广泛应用。