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钙钛矿行业处于 0->1 的成长初期：2022 上半年以来，国内频出钙钛矿产业的积极信号，宁德、腾讯等汽车及互联网行业的头部机构入股钙钛矿项目，钙钛矿-晶硅叠层效率也突破了 31%，证实其叠层效率远超晶硅电池的优势。在 TOPCon、HJT、XBC 等电池技术争相扩大产能的产业环境下，多个钙钛矿的大尺寸中试线项目落地，见证其从 2009 年提出概念，到13年后厂商跃跃欲试的快速发展阶 段，同时 2022/7 纤纳光电出货全球首款钙钛矿商用组件，也标志着钙钛矿组件商业化探路的开端。

特点一：转换效率领先优势获实验室证实，钙钛矿吸光层为提效的核心

特点二：一体化工厂降低生产成本，钙钛矿材料具备成本优势

特点三：轻薄且适应柔性基底，下游应用场景丰富

特点四：钙钛矿多结叠层效率可达晶硅电池的 2 倍，叠层技术取决于界面复合层

面临挑战：大面积组件的制备难度、稳定性不足、降低材料的毒性

相比晶硅电池，钙钛矿组件缺陷实际影响程度有限，同时为实现产业化，学术界和产业界针对缺陷 不断研究改良方法，已有一定成果：

大面积制备的难度：发展狭缝涂布等多种制备新工艺。实验室制备的高转换效率组件，基本是 在 1cm2 的极小面积薄膜上实现，大多使用旋涂法，但该工艺的转速很高，难以沉积大面积、连续的钙钛矿薄膜。取而代之的是狭缝涂布法，还有软膜覆盖沉积法(SCD）、板压法、气固反应 法、刮涂法等能放大尺寸的工艺。解决此问题关键点在于工艺改良。2022 年 4 月，极电光能在 300cm2 的大尺寸钙钛矿光伏组件上，创造了该尺寸面积下 18.2%光电转换效率的新世界纪录。 2022 年 7 月，微纳科技成为全球首家量产 40*60cm 柔性钙钛矿组件厂商，承诺效率达到 21%； 同时，纤纳光电实现出货 5000 片 1245× 635× 6.4mm 钙钛矿组件供省内工商业分布式钙钛矿电站使 用，证实大面积钙钛矿组件问题逐渐得到改善。

不稳定性：尝试兼容更多种材料，封装为核心改良环节，稳定性已逐步增强。为改善钙钛矿组 件的不稳定性，业界聚焦于封装技术和材料结构的替换。钙钛矿材料对水汽极度敏感，易产生 不可逆转的降解，因此室温环境下组件效率会随时间增长而衰减。但钙钛矿可容忍 1%级别的杂 质，对缺陷杂质容忍度远高于晶硅，可选用更多类型材料增强稳定性。同时，2020 年昆山协鑫 光电围绕封装进行实验，发现封装不佳的组件很快就衰减，但良好封装的组件，在双 85（85℃、 85%RH）条件下，2000 个小时内没有任何衰减。

江苏迪塔镁克-狭缝涂布机

含毒性：无铅化为钙钛矿材料研究的重要方向。由于含铅钙钛矿更适合低温制备，光电效应较 好，因此钙钛矿组件大多含具备毒性的铅，会对外部环境造成污染。实际上晶硅组件的焊带通 常含铜箔涂铅，每一块标准尺寸的晶硅组件里约含 18 克铅，而同样尺寸的钙钛矿组件含铅量不 超 2 克，因此钙钛矿组件的含铅量只有晶硅的 1/10。同时，钙钛矿材料的优点之一是可以对材 料成分进行设计，有利于采用低毒的元素替代铅，目前大量研究工作采用来自该族的 Ge、Sn 以及来自周期表中的 Bi 和 Sb 等环境友好元素来替代铅。

组件结构由多个功能层铺设而成，多种制备工艺并存

钙钛矿组件主要有 3 类结构框架，反式平面结构适合产业化。常见的 3 类“三明治”结构为介孔结 构和平面结构（分为正式平面、反式平面，区别：钙钛矿底层材料对钙钛矿内的电子或空穴的提取 能力不同，P 型半导体主要传递空穴，N 型半导体主要传递电子）。 1. 正式(n-i-p)平面结构（效率更高）：转换效率比反式结构高，具有较高的 Voc 和 Jsc 值，但空穴 传输层在核心的钙钛矿层上面，在选材的温度耐受性和性能平衡上还不能很好的匹配，且迟滞 效应比反式结构明显（迟滞效应降低电池测试的准确性和电池性能）； 2. 正式(n-i-p)介孔结构（优化版本，使钙钛矿层更稳定）：与正式平面结构类似，介孔层的掺杂能 改善钙钛矿层和电子传输层的接触，提升电子的提取能力，但介孔层需要 450° C 高温烧结，不 能和柔性衬底结合，不适宜投入量产。 3. 反式(p-i-n)平面结构（主流结构）：比正式结构的工艺更简便价廉、低温成膜、更适合与传统光 伏电池结合叠层器件等，同时因为反式 (p-i-n) 结构中，空穴层选材的扩散长度/系数比电子层的 短/低，更有利于电荷的平衡抽取，从而抑制迟滞效应。由于适合叠层结构延伸及产业化、工艺 成本低，为目前的主流结构。但面临转换效率较低、电子传输层用材昂贵和热稳定性差等限制。

以协鑫纳米的发明专利《一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法》为例，涉及正式介孔结构，使用匀胶机(实验室级别)、PVD（磁控溅射、蒸镀），钙钛矿层选用狭缝涂布机，与反式结构的制备方案类似。

钙钛矿层：大面积制备难度较高，狭缝涂布工艺为主流

钙钛矿层的制备分4 种反应原理和 2 大类工艺。作为钙钛矿组件的核心层，钙钛矿层及上下电荷收集层界面的制备至关重要，薄膜厚度、大面积均匀性、成膜速度控制为重要技术指标。目前钙钛矿 层的制备从反应原理上分为 4 种，即一步溶液法、两步溶液法、双源气相蒸发法、气相辅助溶液法。

狭缝涂布为钙钛矿层的主流大面积制备工艺。从工艺角度划分，适应大面积沉积钙钛矿薄膜的有湿法涂布、印刷等 2 大类工艺，其中狭缝涂布工艺具备制程可控性较强、材料利用率高等特点，成为 目前钙钛矿层的主流制备工艺；而丝网印刷工艺适用于全印刷型钙钛矿组件的制备。

第一类-湿法涂布工艺：根据涂布头分为狭缝涂布工艺、刮刀涂布工艺等。

狭缝涂布（主流选择）：非接触式涂布技术，在玻璃/金属/聚合物等基材上将特制油墨沉积形成 超薄均匀涂层，涂层厚度取决于施加到基材上的油墨量除以涂布面积，硬件核心在于狭缝涂布 头的耐腐蚀性、狭缝精度及油墨流动控制。特点是印刷速度快、成膜均匀、材料利用率高、运 行成本低、适用油墨的粘度广等。除了光学薄膜外，也用在锂电池隔膜、液晶面板等精密涂布。

狭缝涂布工艺

刮刀涂布：与过量的油墨接触，通过调整刮刀与基底的距离来调整厚度，同时也与油墨的浓度、 基底移动速度相关。特点是能兼容流动性弱的油墨，提高浓度、减小干燥负荷，涂布速度较快。 同时涂布面较平整，不随原表面的凹凸而起伏。

第二类-印刷工艺：分为喷墨印刷法、喷涂法、丝网印刷法、凸板印刷法、凹版印刷法等。

丝网印刷（全印刷型钙钛矿组件的量产工艺）：特点是生产成本极低(资本支出和运行成本)、 高吞吐量。同时是制造微米级厚度介孔支架的有效方法，但介孔层结构需要 400 摄氏度高温制 备，面临容易破坏钙钛矿层的挑战。据 Swansea 大学研究发现，可以通过丝网印刷将钙钛矿组 件印在建筑物钢顶上，而国内的万度光能将投建全丝网印刷工艺生产的 200MW 介观钙钛矿组件 产线。

喷墨印刷：与器件无接触的印刷技术，和打印机原理类似，打印机头和油墨相连，压力脉冲控 制油墨的吞吐量。特点是材料利用率较高，能够精准灵活控制打印形状、厚度等，技术的关键 挑战在于油墨高吞吐量的时候能否保持印刷的精度，以及能否找到兼容的动态粘度、密度和表 面张力的油墨。由于印刷速度受限于喷嘴数量，喷墨印刷的速度较其他沉积薄膜工艺慢。

喷涂：同样为非接触型印刷技术，通过改变油墨的成分、浓度、喷嘴角度、移动速度等，达到 控制钙钛矿薄膜厚度及高吞吐量操作的目的。特点是材料损耗较低，能够高吞吐量处理，但挑 战在于晶体生长厚度的变化、溶液去湿以及由表面张力驱动的薄膜覆盖不均等。

凸版印刷、凹版印刷：在钙钛矿组件研发中使用较少。

狭缝涂布工艺从平板显示、锂电池极片领域沿用至钙钛矿，技术应用经验丰富。(1) 平板显示面板也 由不同功能薄膜组成，其中柔性 OLED 的结构和钙钛矿组件最为接近，核心 PI 导电膜使用狭缝涂布 工艺制备，此外液晶面板的光学膜也使用狭缝涂布工艺制备，平板显示面板领域已有大面积使用狭 缝涂布工艺的经验；(2) 锂电池的极片涂布是卷对卷工艺，将浆料快速均匀地涂覆在正负极集流体， 因为事关锂电池的容量、安全性等，因此对涂层的膜厚、均匀性、尺寸精度等要求均非常严格。因 此，业界对狭缝涂布工艺在技术原理的掌握和应用经验上已较为成熟，更多在精度、设备控制、浆 料配方上追求精益求精，能够在钙钛矿膜层上沿用。 大面积钙钛矿层的制备难点在于，没能达到实验室级别的均匀度。实验室通常采取旋涂法，利用旋 转的离心力将膜厚制备均匀，形成高效率的小面积钙钛矿组件，但旋涂法的浆料使用率较低，大尺 寸的生产成本较高，且不适宜产业化。目前换用高精度控制的狭缝涂布工艺，无法将膜层做到实验 室里的均匀效果，而且尺寸放大后容易形成凹凸不平的表面、内部含气泡等，因此大面积钙钛矿组 件的难度更多在于工艺而非设备，量产效率与实验室效果还有较大距离，也是业界积极突破的方向。

钙钛矿企业主要选择狭缝涂布工艺路线。我们对国内部分领先钙钛矿企业的公开专利进行统计，在钙钛矿层制备工艺的选择上，主要是狭缝涂布和蒸镀 PVD，而协鑫光电、纤纳光电等在刮涂、喷涂上也有尝试布局，此外 CVD、丝网印刷工艺属于少数选择方向。