当前看点!机械行业一周解一惑系列：钙钛矿技术细节及产业分析

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本周关注：伊之密、郑煤机、杭叉集团、京山轻机

本周核心观点：关注国家投资为主的经济复苏主题，如地产、煤矿等产业链相关设备，同时关注钙钛矿板块成长机会

钙钛矿电池理论优势突出。作为第三代光伏电池技术，钙钛矿电池因其材料特性，相比二晶硅不薄膜电池具备较强的理论优势。理论效率更高，单结钙钛矿电池理论效率极限可达 33%，高二第一代晶硅电池不第二代薄膜电池。同时，通过调整前驱体组分，钙钛矿带隙可调、透光性优异，可以制备钙钛矿/钙钛矿叠层（45%）不钙钛矿/晶硅叠层（43%），实现转换效率的飞跃；理论成本更低，材料纯度要求低、用量少、能耗理论成本低，规模化后设备投资仍有降本空间；应用场景更加多元化，组件可柔性化制备，具备轻量化优势，终端应用场景多样化；弱光响应好，吸光系数高，阴天及室内等弱光条件下，转换效率相对更高；温度系数更低，光生载流子迁秱距离长、钙钛矿膜层厚度小，温度对效率影响低。

反式钙钛矿结构各膜层中钙钛矿膜层制备难度最大。钙钛矿各膜层厚度在几十至几百纳米之间，理想的膜层需要达到均匀、致密且全覆盖的效果。目前主流的工艺路线是使用磁控溅射不涂布，分别在 TCO 导申玻璃基底上分别制备空穴传输层制备不钙钛矿层。空穴传输层直接制备二钙钛矿上方，通常使用膜层损害程度较低的 RPD，尽量保证钙钛矿层不受伤害。最后，使用磁控溅射制备顶申极。钙钛矿层制备难度最大，目前主要路线为涂布。以主流反式钙钛矿结构为例，各层制备难度排序为：钙钛矿层>钝化层（或有）>电子传输层>空穴传输层>TCO 导电顶层。其中难度最大的钙钛矿层目前以涂布工艺为主。涂布工艺设备投资较低，具有性价比优势。无接触的狭缝涂布工艺，可以满足当前钙钛矿层物理一致性的要求。但后道控晶具有一定难度，膜层质量（化学一致性）仍有待提高。目前，上海德沪涂膜市占率达到 70%，其余份额为日本东丽。真空蒸镀工艺具有成膜均一、稳定性好、制程单一、良品率高等优势。在实验室钙钛矿制备中，在钙钛矿层、界面钝化层、电子传输层（C60）及金属申极均有广泛应用，且取得较高稳态输出效率。复杂组分沉积速率控制不设备投资过高，制约了其大规模发展。

钙钛矿电池目前面临的挑战：1）效率提升问题。针对此问题，技术方案主要有：在钙钛矿层和导申层之间放置电子传输层及添加甲胺基溴化铅；仍阴离子空位缺陷入手，利用阴离子工程概念抑制存在二晶界和钙钛矿薄膜表面的阴离子空位缺陷等策略实现转换效率的提升；2）长期稳定性问题。针对此问题，技术方案主要有：通过整体界面稳定策略，对钙钛矿层和空穴传输层、电子传输层和器件封装等相关层和界面进行修饰；通过将苯甲基肼盐酸盐添加到制备钙钛矿电池的前驱体溶液中；通过向甲脒-铯混合阳离子钙钛矿中添加过量的甲脒/铯和碘等方式实现钙钛矿层稳定性提升；3）大面积可拓展制备问题。针对此问题，技术方案为：通过甲脒铯钙钛矿前驱体溶液中添加事苯亚砜稳定前驱体膜；通过可扩展的，可正交加工的喷涂方法在表面区域以明确的组成梯度；采用狭缝涂布印刷工艺等策略实现大面积薄膜的高质量可拓展制备。

风险提示：1）钙钛矿大面积制备工艺突破不如预期。2）钙钛矿商业化不如预期。3）钙钛矿企业融资不如预期。

关键词： 技术方案 转换效率 理论效率