联系方式
CONTACT INFO
超声喷涂用于薄膜光伏电池
超声波喷涂是一种独特的喷雾技术，是基于超声波雾化喷头技术的一种喷涂方式。其喷涂的材料首先为液体状态，液体可以是溶液、溶胶、悬浮液等，液体涂料先通过超声波雾化装置雾化成微细颗粒，然后再经一定量的载流气体均匀涂覆在基材对表面，从而形成涂层或薄膜。相对于传统的气压式二流体喷涂，超声波雾化喷涂能实现更好的均匀度、更薄的涂层厚度、更高的精度。同时，由于超声波喷头并不需要气压辅助就可以雾化，所以采用超声波喷涂能显着减少喷涂过程中的涂料飞溅，实现节约涂料的目的，超声波喷涂的涂料利用率是传统二流体喷涂的4倍以上。
超声波喷涂是通过超声波雾化技术实现的，超声波的能量将水或液体分散，形成数微米至100微米大小的颗粒，这让超声波应用于喷涂。超声波雾化技术提供不同类型的雾化喷头，帮助确定液滴大小、液体流速和喷雾模式，而且整机采用实现全方位喷涂，以应对各种的需求。
超声喷涂是一种利用超声波振动将液体雾化成微小液滴并均匀沉积在基底上的涂覆技术。在薄膜光伏电池（如钙钛矿、CIGS、CdTe等）的制备中，该技术因其高精度、低材料损耗和优异的均匀性而备受关注。以下是超声喷涂在薄膜光伏电池中的应用及关键优势：
1.超声喷涂的核心优势
高均匀性
超声振动产生微米/纳米级液滴（10–100μm），可形成均匀薄膜（厚度可控制在几十纳米至几微米），减少针孔和缺陷，提升电池效率。
低材料损耗
喷涂利用率可达90%以上（传统喷涂仅30–50%），适合昂贵材料（如钙钛矿前驱体溶液）。
非接触式工艺
避免基底损伤，适用于柔性衬底（如PET、PI）和复杂结构。
低温沉积
适合热敏感材料（如有机-无机杂化钙钛矿），避免高温退火导致的分解。
2.在薄膜光伏电池中的具体应用
（1）钙钛矿太阳能电池（PSCs）
钙钛矿吸收层
喷涂可精准控制钙钛矿（如MAPbI₃）的结晶过程，通过调节雾化参数（频率、流速）优化晶粒尺寸和覆盖率。例如，2021年一项研究通过超声喷涂获得18.5%效率的钙钛矿电池。
空穴传输层（HTL）
喷涂Spiro-OMeTAD或PEDOT:PSS层，减少溶液浪费，提升大面积均匀性。
（2）CIGS/CIS薄膜电池
吸收层（Cu(In,Ga)Se₂）
喷涂纳米颗粒墨水或前驱体溶液，结合硒化退火形成高质量CIGS层，实验室效率可达15–17%。
缓冲层（CdS或ZnO）
均匀喷涂CdS层（厚度~50nm），改善界面钝化效果。
（3）其他应用
透明导电氧化物（TCO）层
喷涂ITO或AZO纳米颗粒墨水，形成低电阻、高透光率的电极。
柔性光伏组件
适配卷对卷（R2R）工艺，在柔性基底上连续沉积多层薄膜。
3.关键工艺参数与挑战
参数优化
超声波频率（20–200kHz）：高频产生更小液滴，适合超薄层；
溶液黏度（通常<50cP）：需添加表面活性剂（如TritonX-100）改善雾化；
基底温度：调控溶剂挥发速度，避免咖啡环效应。
挑战
结晶控制：钙钛矿喷涂需精确调控湿度、退火条件以防止相分离；
规模化一致性：大面积喷涂时边缘与中心均匀性差异需解决；
设备成本：高精度超声喷头和维护成本较高。
4. 与其他沉积技术的对比
| 技术 | 材料利用率 | 均匀性 | 适用基底 | 成本 |
|---|---|---|---|---|
| 超声喷涂 | 高（>90%） | 优 | 刚性/柔性 | 中高 |
| 旋涂 | 低（<5%） | 优 | 小面积刚性 | 低 |
| 狭缝涂布 | 中（~70%） | 良 | 柔性（R2R） | 中 |
| 溅射/蒸镀 | 低 | 优 | 刚性 | 高 |
5.未来发展方向
多层一体化喷涂：结合钙钛矿、HTL/ETL层的连续喷涂，简化工艺流程；
高通量生产：开发多喷头阵列系统，提升沉积速率（目标>1m²/min）；
绿色溶剂适配：开发低毒性溶剂（如DMF替代品）的喷涂工艺；
AI工艺优化：利用机器学习实时监控液滴分布并调整参数。
总结
超声喷涂在薄膜光伏领域展现出显著潜力，尤其适用于钙钛矿和柔性电池的大规模生产。尽管存在工艺优化和设备成本挑战，但其高材料利用率和均匀性优势使其成为替代传统技术的重要选项。未来随着设备改进和工艺标准化，有望推动光伏制造成本进一步降低。
