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超声波喷涂-未来钙钛矿太阳能电池的涂层技术创新
1.钙钛矿吸光层的均匀沉积
·原理:通过高频振动将钙钛矿前驱体溶液雾化成微米级液滴,在基底表面均匀沉积,形成高结晶度、低缺陷的薄膜。
·应用场景:
·柔性基底适配:适用于聚酰亚胺(PI)、聚酯(PET)等柔性基材,避免传统旋涂法对基底平整度的严苛要求。超声波喷涂可在柔性基底上制备均匀钙钛矿层,使柔性电池效率达21.3%(接近刚性器件水平)。
·大面积制备:通过调节喷嘴参数(如移动速度、频率),可实现米级尺寸薄膜的均匀沉积,支持产业化需求。
·优势:
·材料利用率高达95%,显著降低贵金属(如铅)和有机胺的浪费。
·非接触式喷涂减少基底损伤,适合曲面或粗糙表面(如纺织物集成光伏)。
2.电荷传输层的精确调控
·应用:
·空穴/电子传输层:超声波喷涂可精确控制TCO(如ITO)、PEDOT:PSS、金属氧化物(如NiOx)等材料的厚度,优化界面能级匹配。
·界面钝化层:通过雾化沉积超薄二维钙钛矿或自组装单分子层(SAMs),减少界面缺陷,提升电荷提取效率。
·案例:
·超声波系统在MEA制造中实现铂利用率95%,涂层厚度控制精度达亚微米级。
·可在晶硅叠层电池中制备均匀钙钛矿层,突破传统溶液法对基底的限制。
3.工艺协同与产业化潜力
·低温工艺兼容性:
·超声雾化可在室温或低温(<150℃)下完成,避免柔性基底热变形,适配硅异质结叠层电池的低温制备需求。
·卷对卷(R2R)生产适配:
·雾化过程无需高压气体,适合连续化生产,显著降低单瓦成本。卷对卷超声波精密喷涂设备,采用超声波喷头技术,自动收放卷,在线衬底加热功能,实现边喷边干燥,提供生产效率。可提供均匀高效的薄膜喷涂及喷雾热解,膜厚最薄可达几十纳米。适用于薄膜太阳能电池、PET薄膜、无纺布、织物功能涂层、碳纤维等多种纳米及亚微米级薄膜制备。
4.技术挑战与未来方向
·挑战:
·前驱体溶液的稳定性(如锡基无铅钙钛矿的氧化问题)。
·复杂界面(如钙钛矿/硅叠层)的精准调控。
·创新方向:
·开发多喷头协同喷涂技术,实现多层膜同步沉积。
·探索真空超声雾化与ALD(原子层沉积)的复合工艺,进一步提升薄膜致密性。
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