鈣鈦礦行業(yè)全研究：新一代太陽(yáng)能薄膜電池，有望大幅提高極限轉(zhuǎn)換效率

1 鈣鈦礦及鈣鈦礦電池的概念

鈣鈦礦材料豐富，產(chǎn)業(yè)化前景廣闊。太陽(yáng)能電池主要分為晶硅電池和薄膜電池 兩大類(lèi)，這兩類(lèi)電池起初在技術(shù)上相對(duì)獨(dú)立，在各自方向不斷發(fā)展迭代。晶硅 電池中，N 型和 P 型單晶硅電池是產(chǎn)業(yè)主流。在薄膜電池中，有砷化鎵（GaAs）、碲化鎘（CdTe）、銅銦鎵硒（CIGS）、鈣鈦礦這幾種常見(jiàn)的化合物電 池。其中部分電池含有的稀有元素（如：鎵）在地殼內(nèi)含量極其稀少，導(dǎo)致了 規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化困難，市場(chǎng)空間比較有限。相對(duì)來(lái)說(shuō)，鈣鈦礦所需的元素在地 殼中含量豐富，這為其規(guī)模化發(fā)展提供了必要條件。

1.1 鈣鈦礦的基本概念

鈣鈦礦較早是指發(fā)現(xiàn)于鈣鈦礦石中的鈦酸鈣（CaTiO3）化合物，這也是鈣鈦礦名 稱(chēng)的由來(lái)。現(xiàn)如今，廣義鈣鈦礦指的是結(jié)構(gòu)為 ABX3的晶體，這種有機(jī)鹵化物鈣 鈦礦結(jié)構(gòu)容錯(cuò)率高：八面體網(wǎng)絡(luò)之間的空隙比較大，允許較大尺寸離子填入， 即使產(chǎn)生大量晶體缺陷，相較其它離子晶體也更穩(wěn)定。此外鈣鈦礦晶體每個(gè)位 置都可以用不同的元素替代，而使用不同的元素會(huì)讓鈣鈦礦晶體的性質(zhì)發(fā)生變 化。 A 位通常為有機(jī)陽(yáng)離子，其主要作用是在晶格中維持電荷平衡。較常用的為 CH3NH3 +（甲胺），其他諸如 NH2CH=NH2 +（甲基肼），CH3CH2NH3 +（乙胺）也有一定的 應(yīng)用。B 離子指的是金屬陽(yáng)離子，主要有 Pb2 +和 Sn2 +。Pb 具有良好的穩(wěn)定性，但 具有毒性；Sn 對(duì)環(huán)境友好但易被氧化為 Sn4 +，因此現(xiàn)在的鈣鈦礦使用的多是 Pb 或 Pb 和 Sn 混合。X 離子為鹵素陰離子，通常為碘、溴和氯。

1.2 鈣鈦礦電池在理論效率、工藝、成本三方面優(yōu)于主流晶硅電池

鈣鈦礦電池理論效率極限遠(yuǎn)高于單結(jié)晶硅電池。普通單晶硅電池/晶體硅太陽(yáng)能 電池極限轉(zhuǎn)換效率分別為 24.5%/29.4%。據(jù)晶科能源和通威股份數(shù)據(jù)顯示，目前 量產(chǎn)的 TOPCon 和 HJT 電池效率可分別達(dá)到 25.6%以上和 26.49%，接近 TOPCon 電池和 HJT 電池的理論效率極限（分別為 28.7%和 27.5%）。而鈣鈦礦單層電池 極限轉(zhuǎn)換效率可達(dá) 33%，同時(shí)，鈣鈦礦可以與其他光伏技術(shù)結(jié)合合成得到極限轉(zhuǎn) 換效率更高的疊層電池，比如晶硅/鈣鈦礦疊層電池和鈣鈦礦/鈣鈦礦疊層電池 極限分別可達(dá) 43%和 45%。目前鈣鈦礦電池的較高效率為清華大學(xué)電機(jī)易陳誼團(tuán) 隊(duì)實(shí)現(xiàn)的 26.41%。

鈣鈦礦理論效率較高主要來(lái)自三大方面。1）作為吸光材料綜合性能強(qiáng)：鈣鈦礦 材料能夠同時(shí)高效地完成太陽(yáng)光的吸收、光生載流子的激發(fā)輸運(yùn)和分離等過(guò) 程。鈣鈦礦材料具有極高的吸光系數(shù)，光吸收能力比其它有機(jī)染料高 10 倍以 上，400nm 厚的薄膜即可吸收紫外-近紅外光譜范圍內(nèi)的所有光子；并且可以通過(guò)替位摻雜等手段，調(diào)節(jié)材料禁帶寬度，實(shí)現(xiàn)功能的發(fā)展和迭代。2）其禁帶寬 度在較佳寬帶附近：禁帶寬度指的是使共價(jià)鍵上電子躍遷到導(dǎo)帶上所需的較低 能量。當(dāng)光照提供的能量大于禁帶寬度時(shí)，共價(jià)鍵中的電子由價(jià)帶躍遷到導(dǎo) 帶，形成空穴-電子對(duì)。在半導(dǎo)體的范圍內(nèi)，禁帶寬度過(guò)窄會(huì)讓半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)受 到破壞，禁帶寬度過(guò)寬會(huì)影響鈣鈦礦吸收光能的效率，而適中的禁帶寬度既能 夠承受高電壓也能保證吸收光能的效率。根據(jù)肖克利-奎伊瑟極限，1.4ev 是太 陽(yáng)能電池的較佳禁帶寬度，鈣鈦礦電池的禁帶寬度在 1.4ev 左右，晶硅電池的 禁帶寬度約 1.1ev。3）溫度系數(shù)低：鈣鈦礦電池的溫度系數(shù)為-0.001，即溫度 上升 1℃發(fā)電功率下降 0.001%，因此高溫度幾乎不會(huì)影響到鈣鈦礦電池的發(fā)電 效率。晶硅電池溫度系數(shù)約為-0.3，當(dāng)溫度達(dá)到 75℃時(shí)，20%效率的組件實(shí)際工 作效率僅為 16%。

鈣鈦礦電池工藝方面的優(yōu)勢(shì)主要在：1）產(chǎn)業(yè)鏈流程較晶硅組件縮短：鈣鈦礦制 備流程簡(jiǎn)單使工藝流程縮短，100 兆瓦單一工廠(chǎng)從玻璃、膠膜、靶材、化工原料 進(jìn)入到組建成型僅需 45 分鐘，相較下晶硅電池工藝流程更為復(fù)雜，需要針對(duì)不 同環(huán)節(jié)分別建廠(chǎng)，四個(gè)工廠(chǎng)內(nèi)分別加工硅料、硅片、電池、組件過(guò)程至少耗時(shí) 3 天，因此鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)鏈制備時(shí)間優(yōu)勢(shì)明顯。2）純度要求和能耗低：晶硅需 要 99.9999%（6N）級(jí)別以上純度，每一塊組件需要 1 公斤左右的用料。硅料生 產(chǎn)需要 1000 多度高溫，拉晶切片需要 1400 多度高溫，做電池的擴(kuò)散也需要 800-900 度的溫度，生產(chǎn)過(guò)程中能耗較高，相較而言，鈣鈦礦對(duì)雜質(zhì)低敏感， 95%純度即可滿(mǎn)足生產(chǎn)使用需求，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程溫度不超過(guò) 150 度，使生產(chǎn)過(guò)程能耗極大降低。單晶光伏組件制造能耗約為 1.52kWh/W，而 鈣鈦礦組件的能耗成本為 0.12kWh/W。

原料成本低，有望未來(lái)實(shí)現(xiàn)理論成本 1 元/W：鈣鈦礦電池原材料為基礎(chǔ)化工材 料，原料常見(jiàn)、不含貴金屬且儲(chǔ)量豐富價(jià)格低廉。陳煒教授團(tuán)隊(duì)就國(guó)內(nèi)外鈣鈦 礦電池的關(guān)鍵材料成本進(jìn)行了對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)分析，生產(chǎn)成本理想狀態(tài)下 1??2的鈣 鈦礦層成本可以實(shí)現(xiàn) 10 元/??2，TCO 玻璃和背電極 1??2的理想成本可以分別達(dá) 到 40 元和 10 元，加上界面層和封裝的成本，累計(jì)規(guī)模為 100MW 的鈣鈦礦組件 理想成本可以降至 180 元/??2。以協(xié)鑫光電已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的量產(chǎn)效率為例（約 18%），該效率下每 1??2的電池的功率約為 180W,有望實(shí)現(xiàn)與晶硅組件成本相當(dāng)?shù)?1 元/W，降本空間仍存。

鈣鈦礦電池規(guī)模的擴(kuò)大仍存在三大挑戰(zhàn)：

1）大面積制備電池效率下降

大面積效率不及預(yù)期：隨著器件面積的增大，鈣鈦礦電池效率下降幅度顯著增 加。雖然在 0.1????2的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模電池中鈣鈦礦電池實(shí)現(xiàn)了 25.7%的記錄效率， 但對(duì)于面積約為 20000????2的組件，較高效率記錄由協(xié)鑫光電在 2024 年 3 月實(shí) 現(xiàn)，僅為 19.04%，鈣鈦礦電池實(shí)現(xiàn) 22%以上的量產(chǎn)效率仍需要一定的時(shí)間。為 鈣鈦礦電池大面積制備問(wèn)題可歸因?yàn)閮牲c(diǎn)原因。有效光照面積方面，非光活性死區(qū)（如柵線(xiàn)區(qū)和刻蝕區(qū)）面積增大，有效光照面積減小，可以通過(guò)改善激光 刻蝕設(shè)備，減小鈣鈦礦電池死區(qū)面積，提升電池的大面積效率。工藝方面，大 面積鈣鈦礦薄膜的可控設(shè)備尚未優(yōu)化到位，其工藝采用的是溶液涂布技術(shù)（主 流為狹縫涂布法），與歷史上其他半導(dǎo)體主流制造工藝都不同，產(chǎn)業(yè)界對(duì)這一技 術(shù)的放大仍很陌生，致使大面積鈣鈦礦薄膜均勻性較差，缺陷增多。實(shí)驗(yàn)室制 備鈣鈦礦電池常用的溶液旋涂法雖具有成膜快、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，但無(wú)法滿(mǎn)足 大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的大面積與低成本等要求。工業(yè)目前制備大面積鈣鈦礦電池 常用溶液涂布法、溶液噴涂法、軟膜覆蓋法與氣相沉積法等，但制備電池轉(zhuǎn)換 效率仍與旋涂法存在一定差距。目前國(guó)內(nèi)外研究團(tuán)隊(duì)正積極尋求解決方案，已 取得一定進(jìn)展。

2）鈣鈦礦電池的穩(wěn)定性不足

鈣鈦礦太陽(yáng)能長(zhǎng)期穩(wěn)定性差。影響其穩(wěn)定性具體原因主要包括三方面：鈣鈦礦 材料自身穩(wěn)定性、外部環(huán)境變化、器件中各功能層穩(wěn)定性，每一環(huán)節(jié)產(chǎn)生偏差 都可能導(dǎo)致電池穩(wěn)定性問(wèn)題。鈣鈦礦材料自身易發(fā)生離子遷移：與硅材料不 同，鈣鈦礦材料具有明顯的離子特性，通常情況下尺寸較小的離子在遷移過(guò)程 中引起晶格形變小發(fā)生離子遷移，產(chǎn)生材料分解、器件性能衰減等影響電池穩(wěn) 定性問(wèn)題。鈣鈦礦材料作為電池組件吸光層與活性層，受外界環(huán)境動(dòng)態(tài)影響顯 著。鈣鈦礦材料本身易水解、易氧化，遇高溫?zé)岱纸猓w結(jié)構(gòu)、相界與晶界 發(fā)生變化。光照引起鈣鈦礦材料分解、相變與內(nèi)部分離。鈣鈦礦電池器件傳輸 層與電極材料對(duì)器件穩(wěn)定性也具有關(guān)鍵作用。電子傳輸層常用材料氧化鈦 （TiO2）和氧化鋅（ZnO）在光照條件下產(chǎn)生光生空穴催化分解鈣鈦礦吸光層， 同時(shí)酸性 ZnO 具有腐蝕作用加速器件老化；空穴傳輸層材料 Spiro-OMeTAD 使鈣 鈦礦層碘離子擴(kuò)散會(huì)降低電荷傳輸性能；常用電極金、銀、鋁等內(nèi)部金屬原子 擴(kuò)散進(jìn)入鈣鈦礦吸光層導(dǎo)致吸光層材料分解，同時(shí)鈣鈦礦吸光層鹵素離子擴(kuò)散 到金屬電極造成電極材料腐蝕，也可以像傳統(tǒng)的電池一樣印刷AS9120低溫銀漿，形成金屬電極。

在材料本身和封裝方式等方面提高鈣鈦礦電池穩(wěn)定性。改善鈣鈦礦材料、電子 傳輸層材料和電極材料，防止其分解，提高電池穩(wěn)定性。同時(shí)，在器件封裝方 面，通過(guò)采用 POE+SHAREX善仁新材丁基膠帶GVF1100的封裝方式，可以很大幅度的緩解外部環(huán)境因素（如 水和氧氣）所導(dǎo)致的衰減。

3）鈣鈦礦電池成本仍然較高

目前生產(chǎn)效率大于 25%的高效鈣鈦礦電池需要使用不穩(wěn)定的 Spiro-OMeTAD 空穴 傳輸材料和高價(jià)的金電極，成本過(guò)高，阻礙其在工廠(chǎng)上放大應(yīng)用。同時(shí)，由于 鈣鈦礦產(chǎn)能目前較難拉滿(mǎn)，鈣鈦礦組件仍高于晶硅組件成本，據(jù)極電光能表 示，在中試線(xiàn)階段，產(chǎn)能拉滿(mǎn)的情況下，鈣鈦礦成本可以達(dá)到 1.5 元/W,在 GW 級(jí)量產(chǎn)初期，成本可以持續(xù)降至 0.9 元/W 左右。隨著產(chǎn)能規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大， 鈣鈦礦組件的降本空間將持續(xù)擴(kuò)大。

1.3 持續(xù)出臺(tái)鈣鈦礦相關(guān)政策，推動(dòng)鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展

自 2016 年**發(fā)布的《“十三五”國(guó)家科技創(chuàng)新》中涉及鈣鈦礦太陽(yáng)能電池 相關(guān)政策后，國(guó)家層面其他能源、科技類(lèi)部門(mén)相繼出臺(tái)相關(guān)政策，推動(dòng)鈣鈦礦 電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。2021 年 12 月，國(guó)家能源局和科技部在“十四五”能源領(lǐng)域科 技創(chuàng)新規(guī)劃中提出推動(dòng)鈣鈦礦高效疊層電池制備產(chǎn)業(yè)化。2023 年，工信部、國(guó) 家能源局相繼推出《關(guān)于促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)鏈健康發(fā)展有關(guān)事項(xiàng)的通知》、《關(guān)于組 織開(kāi)展可再生能源發(fā)展試點(diǎn)示范的通知》，統(tǒng)籌推動(dòng)鈣鈦礦電池及其疊層電池的 技術(shù)發(fā)展。2023 年 3 月，中國(guó)光伏行業(yè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)**鈣鈦礦光伏標(biāo)準(zhǔn) 專(zhuān)題組成立，加快了鈣鈦礦電池標(biāo)準(zhǔn)體系梳理和完善。

2 鈣鈦礦的工藝

2.1 鈣鈦礦電池結(jié)構(gòu)主要采用平面結(jié)構(gòu)

鈣鈦礦電池可分為介孔結(jié)構(gòu)（mesoscopic）和平面結(jié)構(gòu)（planer）兩種，平面 結(jié)構(gòu)的應(yīng)用更加廣泛。平面鈣鈦礦電池的主要組成部分有：TCO（Transparent Conducting Oxide）透明導(dǎo)電玻璃、空穴傳輸層（Hole Transport Layer）、鈣鈦礦層、電子傳輸層（Electronic Transport Layer）和金屬電極。介孔結(jié)構(gòu) 中還有稀疏的介孔氧化物支架層（TiO2或 Al2O3）起到介孔骨架的作用，用以轉(zhuǎn) 移運(yùn)輸電子。介孔結(jié)構(gòu)散光效果好，能更充分地吸收光子，但需要高溫?zé)Y(jié)， 耗能?chē)?yán)重，界面粗糙易造成界面內(nèi)缺陷的增多。 平面結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步分為 n-i-p 型（正式結(jié)構(gòu)）和 p-i-n 型（反式結(jié)構(gòu)）。兩種結(jié) 構(gòu)的區(qū)別為：光線(xiàn)通過(guò)電子傳輸層進(jìn)入鈣鈦礦的為正式結(jié)構(gòu)，光線(xiàn)通過(guò)空穴傳 輸層進(jìn)入鈣鈦礦的為反式結(jié)構(gòu)。正式結(jié)構(gòu)的制作工藝更加復(fù)雜，其空穴傳輸層 在鈣鈦礦層上面，在選材的溫度耐受性和性能平衡上不能很好匹配，且遲滯效 應(yīng)比反式結(jié)構(gòu)明顯。反式結(jié)構(gòu)將空穴傳輸層做在鈣鈦礦層下方，材料選擇更 多，應(yīng)用難度較低，應(yīng)用規(guī)模更大。

2.2 鈣鈦礦太陽(yáng)能電池實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的流程

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池以鈣鈦礦材料作為吸光層（鈣鈦礦層），吸收光能，轉(zhuǎn)換為電 能。轉(zhuǎn)換主要經(jīng)歷了三個(gè)流程。1）電子-空穴對(duì)的變化：鈣鈦礦層接受太陽(yáng)光 照射，吸收光子使價(jià)帶中的電子躍遷到導(dǎo)帶，空穴留著價(jià)帶，產(chǎn)生電子-空穴 對(duì)。由于鈣鈦礦材料激子束縛能得差異，電子-空穴對(duì)在常溫下成為自由載流 子。2）載流子的吸收：電子穿過(guò)鈣鈦礦層到達(dá)電子傳輸層，最后被導(dǎo)電玻璃吸 收。空穴穿過(guò)鈣鈦礦層傳輸?shù)娇昭▊鬏攲樱詈蟊唤饘匐姌O吸收。3）連接兩極 產(chǎn)生電流：通過(guò)連接導(dǎo)電玻璃和金屬電極的電路產(chǎn)生電流，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。

2.3 鈣鈦礦電池的制備

鈣鈦礦電池制備通常由九步組成，鍍膜、刻蝕、封裝三大工藝是核心。制備流 程通常分為九步，首先制備并處理玻璃基底，進(jìn)行刻蝕，再依次制備電子傳輸 層、鈣鈦礦層、空穴傳輸層，對(duì)這三層進(jìn)行刻蝕后，蒸鍍金屬背電極，進(jìn)行刻 蝕將電池分開(kāi)，最后封裝。其中較重要的部分是鈣鈦礦層制備，產(chǎn)業(yè)中正在積 極解決其大面積制備效率低和不穩(wěn)定的問(wèn)題。

2.4 鍍膜工藝：鈣鈦礦電池各膜層制備所需

鈣鈦礦電池需要鍍膜工藝的共有五個(gè)部分：導(dǎo)電玻璃、電子傳輸層、鈣鈦礦 層、空穴傳輸層和金屬背電極。每個(gè)部分根據(jù)其不同的特性，都有不同的鍍膜 工藝。導(dǎo)電玻璃鍍膜可以通過(guò)離線(xiàn)鍍膜(PVD)和在線(xiàn)鍍膜（CVD）；電子傳輸層的 鍍膜工藝包含旋涂法、狹縫涂布法、噴霧熱解法、化學(xué)浴沉積法、原子層沉積 法和磁控濺射法；鈣鈦礦層主要通過(guò)溶液制備法和氣相沉積法進(jìn)行鍍膜；空穴 傳輸層采用溶液旋涂法、磁控濺射和真空蒸鍍等方法鍍膜；金屬電極通過(guò)蒸鍍 制備背電極來(lái)取得鍍膜的效果。

TCO 導(dǎo)電玻璃可用于制備玻璃基底，是鈣鈦礦電池電極的關(guān)鍵部件。TCO 玻璃可 分為 FTO、ITO、AZO 三類(lèi)，其中 FTO 靶材是在氧化錫中參雜了氟離子，ITO 靶材 是參雜了銦離子，AZO 靶材是在氧化鋅中摻雜鋁離子。玻璃基底制備分為兩步： （1）制備或購(gòu)買(mǎi) TCO 導(dǎo)電玻璃。在浮法玻璃上鍍上一層透明的導(dǎo)電氧化物（即 靶材）薄膜，從而制成 TCO 導(dǎo)電玻璃，或從玻璃廠(chǎng)商直接采購(gòu) TCO 導(dǎo)電玻璃。 依據(jù)鍍膜設(shè)備是否獨(dú)立于玻璃生產(chǎn)產(chǎn)線(xiàn)，可分為離線(xiàn)鍍膜及在線(xiàn)鍍膜兩種方 式，當(dāng)前離線(xiàn)鍍膜法應(yīng)用廣泛。導(dǎo)電玻璃具有導(dǎo)電性，與金屬背電極相連時(shí)形 成電路，產(chǎn)生光電流。（2）對(duì) TCO 導(dǎo)電玻璃進(jìn)行處理。通過(guò)激光刻蝕或化學(xué)刻 蝕去除部分導(dǎo)電膜，形成條狀獨(dú)立導(dǎo)電電極。使用玻璃清洗劑、去離子水、丙 酮、異丙醇、無(wú)水乙醇超聲清洗依次清洗玻璃基底、將清洗完的玻璃放入干燥 箱烘干，從而制得玻璃基底。

電子傳輸層制備方法多樣。電子傳輸層在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中起著傳輸電子、 阻擋空穴的作用，是鈣鈦礦電池不可缺少的一環(huán)。玻璃基底經(jīng)過(guò)刻蝕、清洗 后，在玻璃基底上旋涂或蒸鍍一層金屬氧化物薄膜，經(jīng)過(guò)加熱退火，從而制得 電子傳輸層。磁控線(xiàn)設(shè)法在真空環(huán)境下粒子撞擊靶材表面，靶材原子發(fā)生躍 遷，從而在襯底表面凝聚膜。或采用原子層沉積法，將前驅(qū)體注入反應(yīng)室，在 襯底表面形成單分子膜，惰性氣體將多余前驅(qū)體排出，再注入另一種前軀體， 并與前一種前軀體反應(yīng)形成產(chǎn)物膜。

鈣鈦礦光活性層制備是鈣鈦礦電池制作的核心環(huán)節(jié)之一，對(duì)組件較終的轉(zhuǎn)化效 率起決定性作用。鈣鈦礦光活性層的制備工藝較多，一般可分為溶液制備法 （濕法）和氣相沉積法（干法），濕法包括狹縫涂布法、刮刀涂布法、旋涂法 等，干法主要是真空鍍膜法。考慮到大面積制備和穩(wěn)定性問(wèn)題，目前實(shí)際投產(chǎn) 使用較多的是狹縫涂布法。

（1）鈣鈦礦晶體成核和生長(zhǎng)過(guò)程

鈣鈦礦光活性層由鈣鈦礦前驅(qū)液結(jié)晶形成，制備過(guò)程對(duì)結(jié)晶的均勻度有較高要 求。鈣鈦礦前驅(qū)液在結(jié)晶時(shí)先后經(jīng)歷了溶液態(tài)(過(guò)程Ⅰ)、成核與生長(zhǎng)(過(guò)程 Ⅱ)、晶體生長(zhǎng)(過(guò)程Ⅲ)三個(gè)過(guò)程。其中鈣鈦礦成核過(guò)程十分迅速，在很大程度 上影響著鈣鈦礦薄膜的一致性。 為保證鈣鈦礦液膜成核過(guò)程可控快速，通常需使用反溶劑進(jìn)行后處理。常見(jiàn)的 無(wú)毒反溶劑包括正己烷、二乙醚、三氟甲苯等。在前驅(qū)體溶液膜上引入反溶 劑，可以去除前驅(qū)體溶液中的溶劑，從而誘導(dǎo)鈣鈦礦前驅(qū)體薄膜的快速過(guò)飽 和。 反溶劑的滴加時(shí)機(jī)和使用量等因素對(duì)鈣鈦礦薄膜的質(zhì)量、器件的效率和穩(wěn)定性 有著直接的影響。鈣鈦礦前驅(qū)體溶液使用的溶劑通常是易揮發(fā)的 DMF（二甲基甲 酰胺）等，隨著溶劑的迅速揮發(fā)，涂覆后的前驅(qū)體薄膜通常會(huì)迅速結(jié)晶，并由 前驅(qū)體溶液態(tài)薄膜快速轉(zhuǎn)變?yōu)殁}鈦礦中間態(tài)薄膜，無(wú)法為后續(xù)反溶劑處理預(yù)留 足夠的時(shí)間窗口。通過(guò)使用較低蒸氣壓溶劑等手段減慢前驅(qū)體溶劑揮發(fā)速度，能夠?yàn)榉慈軇┨幚眍A(yù)留時(shí)間，實(shí)現(xiàn)沉積至預(yù)制備基底（沉積有電荷傳輸層的基 底）的鈣鈦礦液膜的可控快速晶體成核，再結(jié)合低溫長(zhǎng)時(shí)間退火的策略來(lái)實(shí)現(xiàn) 緩慢的晶體生長(zhǎng)過(guò)程，有助于形成更高質(zhì)量、更大晶體的鈣鈦礦薄膜。

（2）鈣鈦礦前驅(qū)液涂覆方法

狹縫涂布法是目前鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中較常用的鈣鈦礦層制備方法之一。 該方法將鈣鈦礦前驅(qū)體墨水存儲(chǔ)在儲(chǔ)液泵中，并通過(guò)控制系統(tǒng)使其按照設(shè)定參 數(shù)均勻地從狹縫涂布頭中連續(xù)擠壓至基底上以形成連續(xù)、均勻鈣鈦礦液膜。沉 積液膜的厚度可通過(guò)涂布頭與基底的縫隙寬度、基底移動(dòng)速度、儲(chǔ)液泵給料速 度、風(fēng)刀壓力大小等進(jìn)行預(yù)設(shè)定。

優(yōu)點(diǎn)：1）相比刮刀涂布法，能夠通過(guò)控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定進(jìn)行精確設(shè)計(jì)；2）無(wú) 接觸式液膜制備技術(shù)避免涂布頭與基底直接刮擦；3）鈣鈦礦前驅(qū)液保存密封儲(chǔ) 液罐保證濃度不變；4）涂膜均勻性好；5）材料利用率高；6）涂布速度快。 缺點(diǎn)：高效鈣鈦礦電池開(kāi)發(fā)應(yīng)用需對(duì)其進(jìn)一步優(yōu)化，如前驅(qū)液化學(xué)設(shè)計(jì)、沉積 液膜的干燥過(guò)程以及鈣鈦礦薄膜結(jié)晶過(guò)程等。

刮刀涂布法是一種利用刮刀與基底的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)刮板（半月板）將鈣鈦礦 前驅(qū)體溶液分散到預(yù)制備基底上的液相制膜方法。前驅(qū)體溶液被刀片在光滑的 基底上刮過(guò)形成平整的濕膜，然后將濕薄膜干燥形成固態(tài)薄膜。其中，薄膜的 厚度可通過(guò)前驅(qū)體溶液的濃度、刮板與基底的縫隙寬度、刮涂的速度進(jìn)行控 制。

優(yōu)點(diǎn)：1）與狹縫涂布技術(shù)相比，刮涂法雖然在涂布液的供給方面自動(dòng)化程度較 低，但對(duì)小批量實(shí)驗(yàn)室研究而言，其溶液消耗量較少，且設(shè)備的清洗維護(hù)更簡(jiǎn) 單；2）與旋涂法相比，刮涂法在規(guī)模化生產(chǎn)時(shí)，鈣鈦礦溶液的浪費(fèi)可大幅減 少，而在成膜質(zhì)量、工藝穩(wěn)定性等方面均有著明顯的優(yōu)勢(shì)。 缺點(diǎn)：由于彎液面表面的溶劑揮發(fā)，前驅(qū)液凝結(jié)所產(chǎn)生的固體成分會(huì)逐漸堵塞 在接觸線(xiàn)附近的半月板表面。 噴涂法是一種通過(guò)對(duì)噴槍內(nèi)的鈣鈦礦前驅(qū)液施加壓力,使溶液從噴嘴噴出后分散 成微小的液滴并均勻沉積到基底上的一種液相薄膜沉積技術(shù)，該方法是一種易 于擴(kuò)展的大面積鈣鈦礦薄膜沉積技術(shù)。其優(yōu)點(diǎn)在于能夠通過(guò)控制參數(shù)調(diào)控薄膜 厚度，但噴涂過(guò)程液滴大小與沉積位置不確定性大，多次噴涂工藝復(fù)雜，且原 料利用率低且逸散有毒液體產(chǎn)生沉積腔室污染。

噴墨打印法是通過(guò)控制打印腔內(nèi)壓力的變化將鈣鈦礦前驅(qū)體墨水從打印頭噴出 并打印到預(yù)沉積基底上的一種鈣鈦礦薄膜沉積方法。

優(yōu)點(diǎn)：1）沉積前預(yù)先將設(shè)計(jì)圖案印刷到基底上，節(jié)省制版過(guò)程，提高原料利用 率；2）通過(guò)參數(shù)調(diào)整實(shí)現(xiàn)液滴大小與運(yùn)行軌跡的精細(xì)控制；3）多噴頭同時(shí)打 印滿(mǎn)足產(chǎn)業(yè)化需求。 缺點(diǎn)：1）無(wú)法控制打印過(guò)程中鈣鈦礦薄膜結(jié)晶速率；2）較厚鈣鈦礦層易形成 多層鈣鈦礦層堆疊。 旋涂法可分為一步旋涂法和兩步旋涂法，多應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室的小面積 PSC（鈣鈦 礦太陽(yáng)能電池）器件。鈣鈦礦前驅(qū)體溶液由鉛源前驅(qū)體溶液與鹵化物前驅(qū)體溶 液制得。一步旋涂法將鈣鈦礦前驅(qū)體溶液直接旋涂在電子傳輸層表面，再進(jìn)行 高溫退火處理，蒸發(fā)有機(jī)溶劑，形成鈣鈦礦薄膜。兩步旋涂法則是在襯底之上 分兩次旋涂鉛源前驅(qū)體溶液與鹵化物前驅(qū)體溶液，兩者之間發(fā)生反應(yīng)得到鈣鈦 礦前驅(qū)體溶液，以制備鈣鈦礦薄膜。

真空鍍膜法是指在高真空的條件下加熱鍍膜材料，使其蒸發(fā)并凝結(jié)于鍍件（金 屬、半導(dǎo)體或絕緣體）表面而形成薄膜的一種方法。

優(yōu)點(diǎn)：該方法可以精確地控制鈣鈦礦薄膜沉積過(guò)程中鈣鈦礦組分的化學(xué)計(jì)量 比，可制備均勻、高質(zhì)量的大面積鈣鈦礦薄膜。 缺點(diǎn)：1）真空氣相沉積中真空環(huán)境的控制需要通過(guò)分子泵長(zhǎng)時(shí)間抽真空實(shí)現(xiàn)， 且真空設(shè)備昂貴，使得薄膜的制備時(shí)間變長(zhǎng)、成本升高，限制了其在大面積鈣 鈦礦光伏組件制備中的廣泛應(yīng)用；2）有機(jī)鹽在真空下分解，對(duì)真空腔體有腐蝕 破壞，如碘甲胺在設(shè)備中產(chǎn)生酸性環(huán)境，對(duì)設(shè)備破壞較大。

空穴傳輸層制備材料成本昂貴。在鈣鈦礦層上制備空穴傳輸層時(shí)，通常使用溶 液旋涂法、磁控濺射、真空蒸鍍等技術(shù)，其材料通常為 PTAA、Spiro-OMeTAD、 NiOx 等，價(jià)格昂貴。PTAA 約 3000 元/克，Spiro-OMeTAD 約 3700 元/克。目前傳 統(tǒng)空穴傳輸材料價(jià)格昂貴，嚴(yán)重阻礙了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的推廣與發(fā)展。近年 來(lái)高校開(kāi)始研發(fā)低成本空穴傳輸材料如碳作為傳統(tǒng)空穴傳輸材料替代品，同時(shí) 無(wú)空穴傳輸層研究也取得了一定的成果。南方科技大學(xué)采用協(xié)同摻雜策略制備 的無(wú)空穴傳輸層鈣鈦礦器件實(shí)現(xiàn)了 22%的顯著效率，是無(wú)空穴傳輸層鈣鈦礦太陽(yáng) 能電池迄今為止報(bào)道的較高效率。

制備金屬背電極是薄膜制備的最后階段。將器件放入蒸鍍機(jī)中，用掩膜板固定 住，進(jìn)行蒸鍍（高真空電阻蒸發(fā)鍍膜）：沉積材料蒸發(fā)或升華為氣態(tài)粒子，氣態(tài) 粒子快速?gòu)恼舭l(fā)源向基片表面輸送，金屬模板放在襯底基片表面，粒子會(huì)穿過(guò) 金屬模板鏤空的部分，附著在空穴傳輸層上逐漸形成圖形化的薄膜。膜層厚度 達(dá)到要求以后，用擋板蓋住蒸發(fā)源并停止加熱，即制得金屬背電極。

2.5 刻蝕工藝：激光刻蝕是主流

以激光刻蝕為主的刻蝕工藝貫穿鈣鈦礦電池制備全流程。鈣鈦礦電池各層結(jié)構(gòu) 均含金屬氧化物薄膜，需要進(jìn)行激光刻蝕或化學(xué)刻蝕，對(duì)金屬氧化物薄膜進(jìn)行 刻劃，去除部分金屬氧化物薄膜（即形成刻蝕槽），從而將鈣鈦礦電池劃分成多 個(gè)長(zhǎng)條狀的電池組，使整個(gè)鈣鈦礦面板形成一道道子電池，并串聯(lián)成組件，提 高導(dǎo)電效率，避免因鈣鈦礦電池面積大導(dǎo)致效率下降。相較化學(xué)刻蝕法，激光 刻蝕，具有精度高、死區(qū)小的優(yōu)勢(shì)，是光伏領(lǐng)域主要的刻蝕方法。

激光刻蝕主要應(yīng)用于四個(gè)步驟。（1）激光劃線(xiàn) P1 工藝：在導(dǎo)電玻璃電極 TCO 層 制備完成后，通過(guò)激光設(shè)備分割底部的 TCO 導(dǎo)電膜，形成相互獨(dú)立的 TCO 玻璃 基底。（2）激光劃線(xiàn) P2 工藝：完成空穴傳輸層、鈣鈦礦層和電子傳輸層制備之 后，通過(guò)激光設(shè)備刻蝕這三層，暴露出 TCO 層，從而為下一步蒸鍍金屬背電極 時(shí)子電池之間的正負(fù)極相互連接留出空間。（3）激光劃線(xiàn) P3 工藝：蒸鍍完電極 后，需去除部分功能層以分割相鄰子電池的正極，將子電池之間分離開(kāi)。（4） 激光清邊 P4 工藝：利用激光劃線(xiàn)劃分出無(wú)效區(qū)域即死區(qū)后，對(duì)無(wú)效區(qū)域采用大 功率、大光斑、低頻紅外激光進(jìn)行清除電池邊緣的沉積膜。

死區(qū)大小是衡量薄膜太陽(yáng)能激光劃線(xiàn)工藝的重要指標(biāo)。死區(qū)越大，子電池將光 能轉(zhuǎn)化為電能的效率就越低。據(jù)德國(guó)樂(lè)普測(cè)算，以 1.0m×2.0m，子電池寬度為 5mm 的薄膜太陽(yáng)能模組為例，當(dāng)死區(qū)由 250 微米降到 130 微米時(shí)，總死區(qū)面積由 0.098 平方米降到 0.05096 平方米，發(fā)電面積增加 0.04704 平方米，假設(shè)有效面 積轉(zhuǎn)化效率為 18%，每塊模組輸出功率可增加 8.47 瓦。GW 級(jí)產(chǎn)線(xiàn)落地后，因降 低死區(qū)而帶來(lái)的輸出功率增長(zhǎng)是非常巨大的。

2.6 封裝工藝：鈣鈦礦電池組件制備最后一環(huán)

封裝對(duì)維持鈣鈦礦電池穩(wěn)定性起重要作用。鈣鈦礦電池各膜層制備好后，使用 激光清邊并使用設(shè)備測(cè)試其效率和功能，最后進(jìn)行封裝。鈣鈦礦電池各功能層 材料對(duì)空氣中的水氧、紫外光、壓力等敏感，會(huì)發(fā)生材料改性分解、功能喪失 的情況。而封裝技術(shù)能夠有效將工作元件與外界環(huán)境隔離，提高鈣鈦礦電池使 用壽命。 鈣鈦礦電池封裝方法分為完全覆蓋封裝和邊緣封裝。完全覆蓋封裝既可以使用 聚合物作為封裝材料，也可以采用原子沉積法制備隔絕水氧的薄膜，覆蓋鈣鈦 礦電池頂部活性區(qū)域，再用玻璃進(jìn)行封裝。邊緣封裝技術(shù)在鈣鈦礦活性區(qū)域周 圍放置密封劑如聚異丁烯（PIB）再用玻璃進(jìn)行包封。最后通過(guò)層壓機(jī)使封裝層 和玻璃背板粘連在一起，形成鈣鈦礦電池組件完整的封裝結(jié)構(gòu)。

3 疊層電池：具有更高理論效率，或?yàn)榱己媒鉀Q方案

制備疊層電池是太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率提升的重要突破口。疊層電池由多個(gè) 帶隙不同的子電池堆疊而成，寬帶隙頂電池與窄帶隙底電池分別吸收短波長(zhǎng)與 長(zhǎng)波長(zhǎng)的太陽(yáng)光，能有效擴(kuò)寬太陽(yáng)能光譜利用范圍，提高太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換 效率。

3.1 鈣鈦礦疊層發(fā)展優(yōu)勢(shì)突出

鈣鈦礦帶隙可調(diào)，是疊層電池理想頂層電池材料。鈣鈦礦材料不僅具有較高的 光電轉(zhuǎn)換效率與較低的制備成本，其較具代表性特性是帶隙可調(diào)。鈣鈦礦為 ABX3的晶體結(jié)構(gòu)，通過(guò)調(diào)節(jié) A 位、X 位、B 位離子能夠獲得 1.5-3eV 的可調(diào)控帶 隙寬度，有利于進(jìn)行鈣鈦礦/晶硅疊層電池與鈣鈦礦/鈣鈦礦疊層電池的制備。

鈣鈦礦疊層電池理論效率優(yōu)勢(shì)明顯，雙結(jié)疊層是產(chǎn)業(yè)主要發(fā)展方向。2023 年底 隆基綠能的背接觸晶硅異質(zhì)結(jié)電池創(chuàng)造了較高晶硅電池轉(zhuǎn)換效率 27.09%，趨近 理論極限 29.4%，晶硅電池發(fā)展空間受限明顯。而鈣鈦礦/晶硅電池較高理論效 率達(dá)到 43%，雙結(jié)鈣鈦礦疊層電池較高理論效率達(dá)到 45%，且吸光層的增加能夠?qū)е赂叩睦碚撔省５紤]實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性，雙結(jié)疊層是主要發(fā)展方向，可 分為四端、兩端結(jié)構(gòu)。

四端疊層：工藝簡(jiǎn)單而成本受限。四端疊層電池中兩個(gè)子電池獨(dú)立制作，窄帶 隙鈣鈦礦電池通過(guò)簡(jiǎn)單機(jī)械疊層堆疊在晶硅或?qū)拵垛}鈦礦電池頂部，各電池 電路相互獨(dú)立有利于分別設(shè)計(jì)子電池的較佳制造條件，制備工藝簡(jiǎn)單。但子電 池獨(dú)立運(yùn)行需使用四端電極，復(fù)雜的輸出電路與透明電極的數(shù)量增加進(jìn)一步導(dǎo) 致電池制作成本的提升。四端疊層電池的理論較高效率為 46%，2022 年底南京 大學(xué)譚海仁教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道較高實(shí)驗(yàn)室效率達(dá) 29.8%（鈣鈦礦/晶硅疊層）。

兩端疊層電池：成本占優(yōu)而工藝受限。兩端疊層電池通過(guò)在晶硅電池或鈣鈦礦 電池上直接沉積鈣鈦礦電池制成，二者通過(guò)互聯(lián)層串聯(lián)連接。兩端疊層電池得 益于更少的電極材料與沉積步驟，制造成本較大降低。但子電池的非獨(dú)立運(yùn)行 導(dǎo)致光電流大小受限于電流較低的子電池，需經(jīng)過(guò)不斷調(diào)整才能得到最大功率 輸出。同時(shí)晶硅電池陷光結(jié)構(gòu)與表面鈍化工藝使不規(guī)則晶硅電池表面難以沉積 規(guī)則的鈣鈦礦電池，沉積過(guò)程對(duì)表面鈍化層會(huì)發(fā)生破壞，工藝難題仍需克服。兩端鈣鈦礦/晶硅疊層太陽(yáng)能電池理論效率為 43%，兩端全鈣鈦礦太陽(yáng)能電池理 論效率為 45%，2023 年 2 月北京曜能科技報(bào)道較高實(shí)驗(yàn)室效率達(dá) 32.44%。

3.2 鈣鈦礦/晶硅疊層電池：鈣鈦礦-HJT 疊層更具優(yōu)勢(shì)

鈣鈦礦與晶硅具備良好疊層電池匹配度，可形成高效率疊層電池。晶硅具有 1.1eV 的窄帶隙，容易吸收長(zhǎng)波長(zhǎng)光子，但吸收短波長(zhǎng)光子時(shí)產(chǎn)生較大能量損 失，成為晶硅電池效率提升的重要瓶頸。鈣鈦礦的帶隙可調(diào)性為構(gòu)筑鈣鈦礦/晶 硅疊層電池提供條件，其中寬帶隙鈣鈦礦頂電池吸收短波長(zhǎng)太陽(yáng)光，窄帶隙晶 硅底電池吸收未被頂電池吸收的長(zhǎng)波長(zhǎng)太陽(yáng)光，更大程度擴(kuò)寬光譜吸收范圍， 提高太陽(yáng)能電池效率。目前鈣鈦礦/晶硅疊層電池效率已達(dá) 33.9%（2023 年 11 月隆基綠能）。

當(dāng)前鈣鈦礦/晶硅疊層電池技術(shù)研發(fā)主線(xiàn)中鈣鈦礦/HJT 疊層電池更具優(yōu)勢(shì)。結(jié) 構(gòu)方面，HJT 電池表面本身為 TCO 玻璃，能夠有效簡(jiǎn)化疊層工藝，無(wú)需對(duì)電池產(chǎn) 線(xiàn)進(jìn)行更改；TOPCon 電池表面氮化硅與氧化鋁為絕緣體，需對(duì)表面物質(zhì)進(jìn)行清 除，或加入摻雜與鈍化工藝，使工藝復(fù)雜化。同時(shí) HJT 電池制備工序更為簡(jiǎn) 單，能夠縮短出貨周期，具有長(zhǎng)期成本優(yōu)勢(shì)。

高效鈣鈦礦/晶硅疊層電池制備受底電池受光側(cè)表面形貌影響。按晶硅底電池受 光面的結(jié)構(gòu)，鈣鈦礦/晶硅疊層電池制備路線(xiàn)可分為兩類(lèi)：（1）在平面晶硅襯底 采用溶液法制備鈣鈦礦，并利用光學(xué)工程解決平面界面光反射損失；（2）保留 晶硅表面絨面結(jié)構(gòu)與陷光效果，開(kāi)發(fā)保型沉積鈣鈦礦層電池新方法，目前已開(kāi) 發(fā)出熱蒸發(fā)結(jié)合兩部沉積法、氣相沉積法和刮涂法等多種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)陷光絨面 上生長(zhǎng)鈣鈦礦膜層。

互聯(lián)層擁有光學(xué)透過(guò)與電學(xué)連接雙重作用，改善互聯(lián)層材質(zhì)是重要突破口。互 聯(lián)層是兩端疊層電池中兩子電池中間的連接結(jié)構(gòu)，起電學(xué)連接和光學(xué)透過(guò)的雙重作用。電學(xué)方面，互聯(lián)層形成子電池間電學(xué)連接，以較小電阻復(fù)合電子與空 穴；光學(xué)方面，互聯(lián)層能夠保證長(zhǎng)波波段的高透明性，同時(shí)降低背面多晶硅層 對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)光譜的寄生吸收。目前被用作互聯(lián)層的材料主要分為兩類(lèi)： （1）TCO 復(fù)合層：采用透明導(dǎo)電氧化物（TCO）材料，包括 ITO、銦摻氧化鋅 （IZO）、鋅摻氧化錫（ZTO）等。TCO 復(fù)合層能夠在任何形貌的硅電池表面沉 積，具有較高的電導(dǎo)率和光透過(guò)率，在光電轉(zhuǎn)化效率大于 25%的疊層電池中應(yīng)用 廣泛。但 TCO 具有高橫向電導(dǎo)率，對(duì)電荷傳輸層沉積不均勻的頂電池易造成局 部漏電進(jìn)而導(dǎo)致電壓損失，因此選擇 TCO 復(fù)合層的疊層電池多匹配平滑底電池 表面或更加均勻的頂電池沉積工藝。 （2）硅基隧穿層：采用重?fù)椒葱凸杌牧希?n ++/p++的氫化非晶硅（a-Si:H, Hydrogenate damorphous silicon）或氫化納米硅（nc-Si:H, Hydrogenated nano-crystalline silicon）等。該材料具有橫向電導(dǎo)率、寄生損耗和反射損 耗低的特點(diǎn)，是鈣鈦礦/晶硅疊層電池隧穿層的理想材料。同時(shí)隧穿層具有低溫 加工優(yōu)勢(shì)，或?qū)⒊蔀榇笠?guī)模制備疊層電池的主流技術(shù)之一。

3.3 全鈣鈦礦疊層電池：未來(lái)疊層電池的重要發(fā)展方向

全鈣鈦礦疊層電池能夠較大限度發(fā)揮鈣鈦礦材料自身優(yōu)勢(shì)。鈣鈦礦帶隙可調(diào)特 性使其不僅能作為寬帶隙吸光層，而且能夠調(diào)整作為窄帶隙吸光層，二者結(jié)合 成為全鈣鈦礦疊層電池。對(duì)比鈣鈦礦/晶硅疊層電池，全鈣鈦礦電池能夠擺脫晶 硅成本與性能束縛，充分發(fā)揮鈣鈦礦材料自身成本低廉、吸光性強(qiáng)、低溫加工 等優(yōu)勢(shì)，成為未來(lái)疊層電池的重要發(fā)展方向。

全鈣鈦礦疊層電池理論效率較高，有望成為太陽(yáng)能電池未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展良好路 徑。全鈣鈦礦疊層子電池帶隙靈活調(diào)節(jié)能夠更大范圍覆蓋太陽(yáng)光譜，電池理論 效率超過(guò) 43%，目前較高實(shí)驗(yàn)室效率為 29%（2022 年 12 月仁爍光能）。

窄帶隙錫氧化與互聯(lián)層沉積瓶頸實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，為全鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化提供支 撐。全鈣鈦礦疊層電池的主要挑戰(zhàn)在于窄帶隙的錫氧化問(wèn)題與互聯(lián)層的結(jié)構(gòu)問(wèn) 題。窄帶隙子電池方面，通過(guò)在鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中引入金屬錫粉能夠有效抑 制二價(jià)錫離子氧化并將四價(jià)錫離子還原，制備高質(zhì)量窄帶隙鈣鈦礦薄膜；互聯(lián) 層方面，提出使用原子層沉積技術(shù)制備致密互聯(lián)層和金屬?gòu)?fù)合層的新型隧穿結(jié) 結(jié)構(gòu)，其中 SnO2層作為緩沖層保護(hù)底層器件層免受損壞，能夠較好解決溶液法 制備全鈣鈦礦疊層電池的溶劑正交問(wèn)題，金屬薄層能夠?qū)崿F(xiàn)載流子的高效隧穿 復(fù)合環(huán)節(jié)開(kāi)路電壓和填充因子的損失。

4 鈣鈦礦電池設(shè)備：關(guān)注鍍膜、涂布、激光、封裝設(shè)備

鈣鈦礦電池制備設(shè)備主要由鍍膜設(shè)備、涂布設(shè)備、激光設(shè)備、封裝設(shè)備構(gòu)成。 鍍膜設(shè)備主要包括 PVD（Physical Vapor Deposition，物理氣相沉積）設(shè)備、 ALD（Atomic Layer Deposition，原子層沉積）設(shè)備，其中 PVD 設(shè)備采用的技 術(shù)又可細(xì)分為真空蒸鍍、濺鍍、RPD（等離子體沉積）設(shè)備。協(xié)鑫光電公布的100MW 大面積鈣鈦礦光伏組件生產(chǎn)線(xiàn)主要包括 2 臺(tái)涂布機(jī)，3 臺(tái)鍍膜設(shè)備（2 臺(tái) 傳統(tǒng) PVD 設(shè)備和 1 臺(tái) RPD 設(shè)備）以及 4 臺(tái)激光機(jī)。

鈣鈦礦電池制備尚未形成統(tǒng)一技術(shù)路徑。TCO 玻璃制備主要使用磁控濺射 PVD 在 浮法玻璃上鍍膜。電子傳輸層、鈣鈦礦層和空穴傳輸層的技術(shù)路線(xiàn)較為相似， 主要使用鍍膜設(shè)備或涂布設(shè)備，電極層則主要使用 PVD 設(shè)備蒸鍍形成金屬背電 極。不同技術(shù)路線(xiàn)之間使用 PVD 設(shè)備和涂布設(shè)備的數(shù)量和比例不同，但總體 看，鍍膜、涂布、激光、封裝設(shè)備的價(jià)值量占比分別約為 50%、20%、20%、 10%。

空穴傳輸層、電子傳輸層制備以鍍膜設(shè)備為主。其中 PVD 設(shè)備應(yīng)用廣泛，蒸鍍 設(shè)備成膜效率高但高昂成本限制其大規(guī)模發(fā)展，濺鍍?cè)O(shè)備工藝成熟、性?xún)r(jià)比 高。RPD 設(shè)備的優(yōu)勢(shì)在于可以減少對(duì)鈣鈦礦電池的轟擊損害，但價(jià)格昂貴且目前僅有捷佳偉創(chuàng)為唯一 RPD 授權(quán)設(shè)備商。相較于 PVD 設(shè)備，ALD 設(shè)備制備出的膜層 更為綿密。目前國(guó)內(nèi)鍍膜設(shè)備供應(yīng)商主要有京山輕機(jī)、捷佳偉創(chuàng)、奧來(lái)德、弗 斯邁、微導(dǎo)納米等。

鈣鈦礦層制備主要采用涂布設(shè)備。鈣鈦礦層制備多采用狹縫涂布機(jī)。目前，上 海德滬涂膜市占率達(dá)到 70%，此外弗斯邁、大正微納、協(xié)鑫光電、萬(wàn)度光能等均 有涂布設(shè)備布局。

激光設(shè)備以國(guó)產(chǎn)為主。德龍激光、大族激光、杰普特、邁為股份、微導(dǎo)納米等 國(guó)產(chǎn)鈣鈦礦設(shè)備廠(chǎng)商競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力雄厚，部分設(shè)備已進(jìn)入驗(yàn)收、出貨、交付階段。

輔助材料以國(guó)產(chǎn)為主：SHAREX善仁新材可以提供低溫銀漿，導(dǎo)電膠帶，密封膠，丁基膠帶，阻水膜等系列輔材。

封裝設(shè)備可以與晶硅行業(yè)共用，多采用 POE 膠膜。弗斯邁已能為鈣鈦礦組件龍 頭廠(chǎng)商提供整線(xiàn)解決方案，眾能光電擁有層壓機(jī)，通過(guò)層壓機(jī)使封裝層和玻璃 背板粘連在一起，形成鈣鈦礦電池組件完整的封裝結(jié)構(gòu)。京山輕機(jī)開(kāi)發(fā)光伏原 子鍍膜裝備，所制備的功能膜層如 Al2O3薄膜作為鈣鈦礦電池及疊層組件的封裝 防潮層保護(hù)殼。鈣鈦礦封裝工藝與晶硅相似度較高，但由于鈣鈦礦材料比較敏 感，一般采用 POE 膠膜進(jìn)行封裝而不能采用晶硅電池所使用的 EVA 膠膜，避免 因 EVA 膠膜的水汽透過(guò)率較高以及降解分解會(huì)產(chǎn)生醋酸對(duì)鈣鈦礦材料造成腐 蝕。