【康沃真空網(wǎng)】鈣鈦礦電池不同層制備工藝選擇

    1.鈣鈦礦層

    目前制備鈣鈦礦層通常采用溶液涂布法、蒸鍍法和涂布+蒸鍍法。

    ?溶液涂布（如狹縫涂布）工藝簡單、設(shè)備廉價(jià)、效率和穩(wěn)定性較高，但膜層厚度和均勻性不好控制，并且存在溶劑回收問題，可分為一步法和兩步法，以CH3NH3PBI3鈣鈦礦材料為例，一步法將PBI2和有機(jī)銨鹽溶解于溶劑中，形成鈣鈦礦前驅(qū)體溶液，再涂布制備鈣鈦礦薄膜，兩步法先涂布PBI2溶液制備PBI2薄膜，再涂布有機(jī)銨鹽溶液，反應(yīng)生產(chǎn)鈣鈦礦薄膜。

    ?蒸鍍法制備的鈣鈦礦薄膜具有無孔、致密、均勻性好、缺陷少等特點(diǎn)，但效率較低，并且原材料利用率較低。

    ?涂布+蒸鍍法（氣相輔助溶液法）是在二步溶液涂布法基礎(chǔ)上，將其中一次膜層沉積方式改變成蒸鍍法，從而在提升生產(chǎn)效率的同時(shí)又保證了成膜質(zhì)量。

    ▲不同公司鈣鈦礦薄膜制備工藝選擇來源：東方財(cái)富證券

    從目前鈣鈦礦電池企業(yè)產(chǎn)業(yè)化情況看，各家公司根據(jù)各自材料體系選擇不同的鈣鈦礦薄膜制備路線，狹縫涂布和真空蒸鍍?yōu)橹髁鞯穆肪€。

    2.空穴傳輸層與電子傳輸層

    空穴傳輸層通常采用PVD工藝沉積，電子傳輸層使用RPD/ALD更優(yōu)。以NiOx為代表的無機(jī)P型半導(dǎo)體是理想的空穴傳輸材料，使用溶液法涂覆NiOx薄膜時(shí)需高溫退火，膜質(zhì)量對合成條件較為敏感，因而不利于大批量的生產(chǎn)。而PVD磁控濺射可在空氣環(huán)境中沉積NiOx，氧氣氛圍中濺射的Ni原子與氧反應(yīng)，在基底上形成NiOx薄膜，濺射的NiOx膜通常具有良好的結(jié)晶取向，因此可使用成本低廉，技術(shù)成熟的PVD工藝沉積無機(jī)空穴傳輸層。由于目前產(chǎn)業(yè)化的鈣鈦礦電池以p-i-n的反式結(jié)構(gòu)為主，電子傳輸層在鈣鈦礦層上方，需考慮鍍膜過程中對襯底的損傷，因此采用RPD工藝可減少對襯底的損傷。

    從實(shí)際產(chǎn)業(yè)化情況看，各膜層鍍膜工藝路線選擇取決于材料體系的選擇，隨著鈣鈦礦技術(shù)和材料體系發(fā)展，各類鍍膜技術(shù)均有應(yīng)用空間，如富勒烯及其衍生物作為電子傳輸層時(shí)通常采用蒸鍍工藝來沉積、通過ALD沉積阻隔層/緩沖層減少上方膜層鍍膜過程中對襯底的損傷等。

    鈣鈦礦電池從2009年發(fā)展以來，電池效率從3.8%快速推升到26.1%。僅13年的發(fā)展，鈣鈦礦電池發(fā)展速度已經(jīng)超過其他電池提效速度，但量產(chǎn)方面，協(xié)鑫，OxfordPV等廠商近期才從研發(fā)跨入中試階段，未來要進(jìn)入量產(chǎn)放量，仍需材料、工藝與設(shè)備三方面突破。