钙钛矿太阳能电池迈向产业化,各功能膜层的镀膜工艺选择已成为决定效率、成本与稳定性的关键战役。从电子传输层的RPD与PVD技术竞逐,到钙钛矿层本身的狭缝涂布与真空蒸镀路线分化,再到电极制备的溅射与蒸镀方案抉择,每条工艺路径都深刻影响着器件的性能边界与量产经济性。
电极层
钙钛矿金属顶电极一般采用蒸镀方式制作,但实验室常用的金价格过高,银因为会与钙钛矿材料中的碘反应而不能使用,因此产业化钙钛矿电池要还是采用磁控溅射方法制作铜背电极。另一方面,用碳浆制作顶电极也是部分企业在探索的方案,可以使用溶液涂布法。
空穴传输层
由于产业化制作钙钛矿电池的稳定性要求高,采用p-i-n的反式结构会更为适宜,而空穴传输层采用稳定性较高的无机材料会相对适合,如氧化镍NiO等,因此采用PVD正是制作均匀致密薄膜的良好选择,而常规可采用溶液法的PTAA、Spiro-OMeTAD等有机材料则不一定适宜。
电子传输层
在产业化钙钛矿电池的电子传输层方面,无机的金属氧化物同样是适宜的选择,如TiO2、ZnO、SnO2 ,可使用干法制作薄膜层,由于反式结构中电子传输层是在钙钛矿层上进行制作,需要防止钙钛矿层的损伤,因此RPD成为具有优势的选择。
传输层的材料也并非一成不变,钙钛矿电池技术仍在不断进步,原子层沉积ALD作为一种新兴CVD镀膜技术,具有成膜精度高、无针孔、高保形特点,可制作广泛的氧化物、金属、聚合物薄膜,具有很大潜力,空穴传输层常用的如 PTAA等有机材料可以通过湿法涂布制作,而电子传输层常用的富勒烯及其衍生物(PCBM)等小分子有机材料通常使用蒸镀的方法制作,这些方法都存在产业化潜力。
钙钛矿层
从原理上看,钙钛矿镀膜脱胎于显示面板、PCB 等相关领域的工艺。钙钛矿层制备工艺分为湿法、干法、两步法(先蒸后涂),其中湿法主流为狭缝涂布、喷墨打印,干法主流为蒸镀。钙钛矿镀膜工艺并非全新工艺,而是从显示面板、PCB 等相关领域演化而来LCD/OLED 涂布、OLED/PCB 喷印、OLED 蒸镀等相似工艺可复用,但需要对钙钛矿膜层进行定制化改良,各家对不同技术路线处于并行开发阶段。
TCO玻璃
钙钛矿单结电池基于透明玻璃板制作,底层需要用能透光的透明电极,因此可以直接使用透明导电氧化物(TCO)镀膜玻璃作为基板,即表面镀有TCO膜层的玻璃板。TCO玻璃在薄膜太阳能电池、建筑节能、平面显示等多领域都已有运用,海外存在成熟供应商,国内也已有产业化产线投产。
TCO玻璃具体的导电材料不同,制作方法也有差异:ITO,为掺锡氧化铟薄膜(In2O3:Sn),产品非常成熟,透光性、导电性良好,但需要使用相对稀少的铟,价格也较高,采用PVD方式制作;FTO,为掺氟的二氧化锡薄膜(SnO2 :F),导电性略逊色但具备成本低的优势,是薄膜光伏电池的主流产品,可以采用PVD制作,但目前产业化主要采用CVD的方法;
AZO,为掺铝氧化锌( ZnO :Al),同样拥有良好的光电性能,价格便宜,但工业化大规模镀膜仍存在一些问题,主要采用PVD方法制作。
来源:焦耳时代