2024年中國鈣鈦礦電池工藝流程分析 鍍膜、涂布、激光刻蝕為關(guān)鍵環(huán)節(jié)【組圖】

鈣鈦礦電池行業(yè)主要上市公司：寧德時代(300750.SZ);隆基綠能(601012.SH);天合光能(688599.SH);晶科能源(688223.SH);晶澳科技(002459.SZ);杭蕭鋼構(gòu)(600477.SH);寶馨科技(002514.SZ)等

本文核心指標(biāo)：鈣鈦礦電池制備流程及工藝設(shè)備;鈣鈦礦電池不同組成部分制備工藝及設(shè)備;主流鍍膜方式對比;大面積鈣鈦礦薄膜制備技術(shù)對比;鈣鈦礦電池激光刻蝕工藝流程

鍍膜、涂布、激光刻蝕為制備過程核心環(huán)節(jié)

鈣鈦礦電池在結(jié)構(gòu)上由多個功能薄膜疊加而成，其制備在方法上也是在基底上一層層累置薄膜而成。整個過程中三層薄膜(空穴傳輸層HTL、鈣鈦礦層、電子傳輸層ETL)制備最為關(guān)鍵，鍍膜、涂布、激光刻蝕為核心環(huán)節(jié)，鍍膜設(shè)備(PVD、RPD)、激光設(shè)備和涂布機為核心設(shè)備。

以反式平面結(jié)構(gòu)為例，其工藝流程為：導(dǎo)電透明玻璃制備-激光P1刻蝕-制備第一傳輸層薄膜-退火/干燥-制備鈣鈦礦層薄膜-退火烘干-制備第二傳輸層薄膜-退火/干燥-激光P2刻蝕-底電極(背電極)制備-激光P3刻蝕-激光清邊-測試分揀和封裝。鈣鈦礦電池組件生產(chǎn)共需要鍍膜設(shè)備、激光設(shè)備、涂布設(shè)備和封裝設(shè)備4種設(shè)備，需進(jìn)行3次鍍膜、3次激光刻蝕+1次激光清邊。制備過程中，材料、工藝、設(shè)備共同鑄就鈣鈦礦電池企業(yè)的核心競爭力，鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展帶來關(guān)鍵設(shè)備的投資機會。

如上所示，電池的不同組成部分制備的工藝不同，所用的設(shè)備也有所不同：

主流鍍膜技術(shù)有PVD、RPD、ALD

鈣鈦礦電池空穴傳輸層和電子傳輸層的制備工藝主要包括PVD和RPD，ALD目前處于研究狀態(tài)，未來或?qū)?yīng)用于鈣鈦礦電池功能層制備。PVD又分為真空蒸發(fā)鍍膜、真空濺射鍍膜和真空離子鍍膜(RPD)。

從三種鍍膜技術(shù)對比來看，PVD為目前較成熟的鍍膜技術(shù)，具有沉積速率快、成本較低的優(yōu)勢，但該技術(shù)制備的薄膜均勻性相對較差;采用RPD制備電子傳輸層可以減少制作過程中對下方鈣鈦礦層的影響，但設(shè)備成本高于PVD;ALD工藝的優(yōu)勢則在于大面積成膜的均勻性，且致密、無針孔。

鈣鈦礦層產(chǎn)業(yè)化制備以狹縫涂布法為主

鈣鈦礦層的制備是生產(chǎn)過程中的核心環(huán)節(jié)，其成膜質(zhì)量直接決定了電池的轉(zhuǎn)換效率，目前主要制備方法包括溶液涂布法(濕法)、真空蒸鍍法(干法)、氣相輔助溶液法(干濕法結(jié)合)。其中，溶液涂布法又分為刮刀涂布法、狹縫涂布法、絲網(wǎng)印刷法、噴涂法、噴墨打印法和軟膜覆蓋法。

鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶性良好有助于降低其缺陷態(tài)密度、減少載流子的復(fù)合。大面積鈣鈦礦的主要難點就是如何在溶液中形成大量的結(jié)晶，以提升鍍膜的均勻性。狹縫涂布法可以通過控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定進(jìn)行精確設(shè)計、可兼容卷對卷生產(chǎn)，是實現(xiàn)鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化的重要方法。

鈣鈦礦電池制備過程包括4次激光刻蝕

激光工藝涉及到整個鈣鈦礦薄膜電池的制備流程，是整個生產(chǎn)流程中的必備環(huán)節(jié)。鈣鈦礦電池生產(chǎn)過程中需要分別進(jìn)行3次平行激光刻蝕(P1-P3)，并完成P4的清邊。P1-P3刻蝕環(huán)節(jié)的作用是切割電池表面，形成阻斷電流導(dǎo)通的單獨模塊，實現(xiàn)增大電壓和串聯(lián)電池的效果;P4激光負(fù)責(zé)清邊以完成最后的封裝環(huán)節(jié)。

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