钙钛矿电池制备中镀膜要用的设备有哪些

钙钛矿电池制备中的镀膜工艺是核心环节，直接影响电池的光电转换效率和稳定性。以下是关键镀膜设备及其作用的技术解析：

一、镀膜工艺的核心作用

镀膜工艺通过沉积功能层（如载流子传输层、钙钛矿吸光层、电极层）构建电池结构，其质量决定电池的：

• 光电转换效率：均匀致密的薄膜可减少载流子复合，提升电荷传输效率。

• 稳定性：致密无孔洞的薄膜可阻隔水汽渗透，延长电池寿命。

二、镀膜设备分类及技术细节

1. 湿法镀膜设备（溶液法）

• 狭缝涂布机

• 应用场景：钙钛矿层大规模制备（主流工艺）。

• 优势：涂布速度达100mm/s，材料利用率>90%，膜厚控制精度±5nm。

• 原理：通过精密模具缝隙挤出前驱体溶液，在基底上形成均匀薄膜。

• 刮刀涂布机

• 应用场景：实验室级钙钛矿层制备。

• 优势：工艺简单，成本低。

• 局限性：大面积均匀性难以控制，易产生针孔缺陷。

• 喷墨打印机/喷涂机

• 应用场景：柔性基底或复杂图案化镀膜。

• 优势：非接触式沉积，支持定制化图形。

• 技术难点：需精确控制液滴尺寸（10-100μm）以避免咖啡环效应。

2. 干法镀膜设备（气相法）

• 真空蒸镀机

• 应用场景：电子传输层（如SnO₂）、钙钛矿层高端制备。

• 优势：薄膜致密无孔洞，缺陷密度低。

• 局限性：材料利用率<25%，成本高，需多源共蒸技术保证化学计量比。

• PVD磁控溅射设备

• 应用场景：导电层（ITO/FTO）、空穴传输层（NiOx）。

• 优势：沉积速率快，附着力强，适合大面积制备。

• 技术细节：氧气氛围中溅射NiOx，结晶取向可控，电导率优化。

• RPD反应等离子体沉积设备

• 应用场景：低温制备电子传输层（如C60复合材料）。

• 优势：成膜质量高，无热损伤，适合在钙钛矿层上直接沉积。

• 原理：利用等离子体将前驱体离解为活性基团，在低温下反应成膜。

• ALD原子层沉积设备

• 应用场景：超薄阻隔层/缓冲层（如MoOx）。

• 优势：单原子层级控制，膜厚均匀性极高。

• 价值：减少TCO电极沉积时的等离子体损伤。

三、设备选型与产业化趋势

• 效率优先场景：选择真空蒸镀+PVD组合，尽管初期投资大（约3000万元/GW产线），但电池效率可提升1-2%。

• 成本控制场景：狭缝涂布+RPD为主流，设备投资降低50%，适合大规模量产（如协鑫光电100MW产线）。

• 柔性电池制备：卷绕镀膜机成为关键，可实现在PET/PP基底上连续镀膜，匹配可穿戴设备需求。

四、未来技术方向

• 多源共蒸技术：解决干法工艺中钙钛矿层组分均匀性问题。

• 混合沉积工艺：结合溶液法与气相法优势，如蒸镀PbI₂框架+旋涂有机铵盐，提升结晶质量。

• 原位镀膜监测：集成光谱椭偏仪实时反馈膜厚，闭环控制镀膜精度。

总结：钙钛矿电池镀膜设备需根据目标效率、成本及稳定性综合选型。当前湿法设备主导量产，干法设备用于高端场景，未来混合工艺和设备智能化将成为发展方向。