突破量产技术壁垒,曼恩斯特破解钙钛矿电池大面积涂布难题

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导语:在钙钛矿电池领域,产业化进程依然面临诸多挑战,其中钙钛矿膜层大面积、低成本、高效率的制备是目前产业化的核心难点。围绕上述问题,曼恩斯特潜心研发、自主创新,在国内率先推出GW级量产平板涂布系统(涂布幅宽2.4m),该产品现已拥有实物样机具备在大面积内开展实验测试及规模量产的能力,开辟了大面积钙钛矿电池涂布的最新路径,给行业未来发展带来新曙光。

一、钙钛矿电池面临挑战,大面积涂布亟待突破

钙钛矿电池作为第三代光伏产品,具备高光电转化效率、简单结构、低成本和多元化应用场景等一系列优势,承载着进一步降低光伏度电成本、实现双碳目标的重任。由于硅料、硅片价格持续上涨,相较于传统太阳能电池,钙钛矿电池的成本优势和商业价值愈发明显,产业化潜力巨大。然而,在迈向产业化前,钙钛矿电池仍面临诸多挑战。

钙钛矿膜层的产业化制备技术有多种,不同技术工艺的难度也各有不同,目前国内钙钛矿膜层制备的主流方案还是以狭缝涂布为主。钙钛矿光吸收层是一种半导体材料,除了要均匀地涂布外,还必须控制结晶质量,减少晶界和缺陷的产生,而且要加上溶剂萃取、退火结晶等后续工艺,需要与涂布紧密配合;同时,钙钛矿湿膜溶剂易挥发,一旦涂布成膜过程时间过长,容易造成起始和结束位置结晶形貌的重大差异,这些都对涂布技术提出了更高要求。

作为核心工艺环节,涂布对钙钛矿电池的效率和寿命有着至关重要的影响。尤其在实验室迈向中试以及GW级量产的过程中,如何使得大面积涂布保持良好的均一性(包含始端和末端)、如何尽可能间距更短地除边、更快速地涂布且避免膜破、保持结晶的均一性(风刀和VCD的均一性)等问题,均是钙钛矿电池产业化进程需要解决的重要课题,大面积涂布亟待技术突破。

二、量产铸就核心竞争力,设备国产化降本可期

制备钙钛矿膜层的精密涂布设备,日本东丽、韩国三兴机械等国外厂商技术优势明显。近年来以曼恩斯特为代表的国内企业不断实现技术突破,打破了国外垄断,正持续加快国产替代进程。目前,曼恩斯特涂布产品涵盖GW、中试以及实验室的单结、叠层涂布设备,可以根据不同客户的要求快速响应,提供手套箱、自动化等定制化涂布整线技术解决方案,助力客户电池(组件)转化效率大幅提升。

作为国内首家拥有2.4m涂布模头、高精密注射泵及辅助结晶等多项自研技术的国家级专精特新“小巨人”企业,曼恩斯特现已具备GW级量产平板涂布系统产品(涂布幅宽2.4m)的供应能力,节拍快,除边小,纳米级的大面积涂层厚度可控性强,膜厚均匀性高,在提升效率和克服工艺难题上取得了突破性进展,该产品现已拥有实物样机,且具备在大面积内开展实验测试及规模量产的能力,为国内钙钛矿电池制备的规模化量产叩响了大门。

由于钙钛矿的晶体结构特性,随着制备面积的增大,如果不能对其进行完全干燥,将会产生结晶而导致表面出现缝隙或气泡,从而影响电池的稳定性。曼恩斯特自主研发的真空干燥预结晶系统,采用高密闭性真空腔体,具备快速抽气能力,掌握多段式压力下降控制逻辑,支持极限底压和压力保持功能,更加适合钙钛矿辅助结晶的需求。

GW级量产平板涂布系统优点特性

涂布程序多段式可调节;

涂布均一性可达≤5%;

Y轴气浮设计确保涂层精度及长时间稳定性;

配备多个检测传感器;

配备减震结构,保证涂布过程稳定性;

可实现涂布过程自动化清洗;

有预涂或预挤出等设计,确保设备运行时狭缝模头内无气泡

三、曼恩斯特助力产业化,钙钛矿前景星辰大海

2023年8月,曼恩斯特与中国科学院深圳先进技术研究院共同组建的钙钛矿薄膜太阳能电池联合实验室正式揭牌成立,该实验室是钙钛矿光伏器件机理探索和钙钛矿电池制程工艺研究的重要平台,通过自研的定制化涂布模头、高精密注射泵等关键技术,形成了大尺寸钙钛矿产业化“配方-工艺-设备”协同研究的开发能力,完成了大面积溶液薄膜均匀涂布及结晶一体化布局。该实验室还可以支持面板显示、半导体晶圆涂胶及板级封装的实验测试,能够完成正负光阻、钙钛矿功能层、芯片封装层、高低膜厚涂层、高低粘度涂层等各类材料的涂布与涂布效果测试评估工作,积累了各类材料的涂布数据库,根据测试反馈工艺流程优化改善,已为国内多所高校和企业提供服务,搭建了良好的产学研沟通平台,促进科研成果向生产落地转化。

目前,钙钛矿设备仍处于探索期,以定制化需求、试验性需求为主,设备产能也较小,目前100MW线设备投资额约1亿元左右,换算至GW产线相当于投资额10亿。预计实现GW级量产后,由于规模效应和产线优化,设备投资有望实现明显下降。结合中商情报网的预测数据,经财信证券预测2025年在乐观、中性、悲观估计下对应42.5、34、22.5亿元设备市场空间,2026年对应154、112、84 亿元设备市场空间。

后续,曼恩斯特将持续保持对相关技术路线的关注及研究,积极抢抓钙钛矿机遇,不断进行版本的迭代升级,以优质的产品和专业的服务为客户持续创造价值,以领先的涂布解决方案助力钙钛矿产业化发展,携手行业创造更加高效、可持续的未来,共赴星辰大海。

责编: 爱集微
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