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民生证券：机械一周解一惑系列：钙钛矿层薄膜制备中涂布、蒸镀设备的对比选择

admin2023-01-16 13:31 50人已围观下载完整内容

简介本周关注：郑煤机、三一重工、联赢激光、高测股份本周核心观点：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，同时关注成长板块底部修复机会钙钛矿电池

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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，同时关注成长板块底部修复机会

钙钛矿电池的核心层“钙钛矿层”主要包括两类镀膜方法：目前钙钛矿层薄膜的制备主要有溶液法、气相法两类工艺，可单独或组合使用。1）溶液法（湿法）：溶液法内部可细分为一步溶液法、两步溶液法，两步溶液法中又分为分布浸渍法和两步旋涂法。溶液法的核心思想是将钙钛矿层所需的有机、无机材料配置成前驱体溶液，并通过涂布设备涂在基底表面，此后经过退火溶液蒸发，在溶液干燥结晶过程中，溶液形成晶核，再结晶变为晶体，因此又称为湿法；2）气相法（干法）：气相法内部可分为双源共蒸、单源蒸发、分布气相沉积法。其原理主要是依靠真空蒸镀设备的蒸发源加热，使钙钛矿层需要的有机、无机靶材蒸发升华气态粒子，气态粒子快速从蒸发源向基片表面输送，气态粒子附着在基片表面形核、长大成固体薄膜，因此又称为干法。3）干湿结合法：溶液两步法中存在溶质的再溶解，因此在长时间的反应中经常会引起钙钛矿薄膜的再溶解而破坏薄膜的致密性，采用气相法可以避免这一过程，因此干湿结合法是首先使用湿法涂布无机层，再使用干法蒸镀有机层。

总量上湿法占比更高，趋势上干法近2年上升更明显。我们通过统计专利布局、钙钛矿电池&设备公司公开新闻角度分析目前两种工艺的实际进度与发展趋势。1）总量：湿法相关专利最多且发展时间较长，2014年就有相关专利；干法专利数和发展时长次之，干湿结合法相关专利最少且最新，2021年首次出现。2）趋势：2021/2022年钙钛矿企业相关专利布局总数热度回升，其中湿法相较2018-2020年的平均水平差异不大，但干法相关专利数相较2018-2020年的平均水平有较大幅度的上升，同时2021年开始首次出现了干湿法相结合的专利布局。3）各家布局：协鑫纳米、黎元新能源、曜能科技湿法专利相对突出，纤纳光电、极电光能、众能光电则是选择湿法、干法专利同时布局。目前来看不同薄膜制备方法仍处于两种技术并存发展的状态。

工艺上涂布与蒸镀各具优劣势：涂布法具有操作简单、方便调控、成膜速度快、原料利用率高、成本低、设备兼容度较高的特点，但存在成膜质量较差，存在较多的薄膜缺陷，导致载流子难以分离和扩散的问题，限制了能量转换效率的提升。蒸镀法制备的薄膜在均匀性、致密性、缺陷程度等方面表现更佳，在大面积成膜方向上更具有潜力，但是存在薄膜沉积速率慢，生产效率低，靶材利用率低，设备价格较高，设备兼容性较差等缺点。

设备上涂布难点在刀头和控制，蒸镀难点在蒸发源和控制：涂布设备根据刀头分为刮刀涂布和狭缝涂布，狭缝涂布效果更好且可为无接触式涂布，目标液膜的参数可以通过控制系统的参数设定进行精确的数字化设计，刀头的选择和控制系统的精细度对膜的厚度、均匀度影响大。蒸镀设备的工艺难点在于蒸发源的加热性能和对蒸发速率的控制能力，两者对薄膜厚度、均匀度影响大。

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