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中国光伏企业,钙钛矿电池研发背后技术赋能者!

核心提示:随着钙钛矿叠层技术迎来从0到1的关键突破期,上海叶烁在核心制程装备领域的先发优势已然形成技术壁垒。
在光伏行业这场以效率为终极武器的竞赛中,被视为突破单结电池理论天花板的钙钛矿叠层技术,被行业寄予厚望。钙钛矿叠层电池头部企业的效率狂奔与稳定性攻关,始终是行业热议的焦点。但鲜有人知,这场重塑行业技术革新的产业链深处,存在着一位隐形推手,凭借其领先的技术和定制化数字装备,默默支撑起国内大部分钙钛矿叠层研发试验线落地,成为存在于产业链深处、赋能关键节点的幕后推手。
 
头部领跑的幕后技术赋能者
 
根据国内某光伏头部企业发布的进展显示,其大尺寸钙钛矿单结组件量产效率已突破22%的关键节点,并已建成首条百兆瓦级中试线,为电池技术奠定产业化基础。而另一领军企业连续多次刷新钙钛矿组件稳态效率世界纪录,其公布的晶硅-钙钛矿叠层电池效率已达34.1%,为产业化效率提升夯实基础。
 
值得注意的是,支撑这些领军团队工艺路线稳步前行、实现高质量薄膜制备的核心技术之一,正是上海叶烁自主攻关的高精度数字成膜涂覆技术——通过非接触、数字化的液滴精准沉积方式,既适配钙钛矿材料体系对薄膜均匀性、缺陷控制的苛刻需求,又能实现材料利用率最大化与复杂图案化,堆叠结构化要求,支持不同功能层墨水精密控制,实现多层精准堆叠,完美契合叠层电池对界面工程、低损耗互联和降本提效的核心诉求。
 
据悉叶烁自主研发的高通量数据传输算法,最高数字涂膜速度可高达30米/分钟,为叠层电池量产带来真正的可能性与技术支撑。随着材料性能不断提升,研发工艺不断优化,精密数字涂覆技术也许会成为引领当前大面积钙钛矿太阳能电池从实验室走向产业化最便捷,最高效,最具成本优势的关键技术手段之一。
 
技术卡位,构建的强劲护城河
 
降本与生产稳定性是产业化首要课题。在技术研发过程中,往往要经历小试——中试——量产期3个阶段。钙钛矿太阳能电池的在实验室小试基础研究阶段,通常是通过小面积(0.04-4cm2)旋涂方式,材料利用率虽然不高,但用量少,往往也不需要引起研发人员的重视。但过渡到产业化(工艺放大阶段),首先旋涂方式材料浪费率高达90%,其次薄膜涂覆缺陷问题极致放大(均匀性、稳定性、工艺兼容性),此时“以小见大”的真理完全不适配,但实现“大面积”又是实现其能源价值的必经之路。面对当前产业化发展要解决的以上痛点,科研工作者们有尝试过各种方式,其中喷墨打印技术作为一种数字化、非接触、图案化的薄膜沉积技术脱颖而出。
 
核心优势如下:
 
设备与工艺开发成本优势显著:材料利用率极高,超越95%;
 
数字化图案化能力:可适用于构建叠层电池互联区域(微米级P1、P2、P3划线)、透明电极网格等;
 
功能层材料集成灵活化:可通过喷头模组,依次实现各功能层(电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层等)打印;
 
快速化原型开发:可满足器件研发全阶段打印工艺要求。
 
在高质量钙钛矿薄膜喷墨打印技术开发中,叶烁遵循“三部曲”策略,深入溶液工程、印刷工艺和印后处理制造工艺环节。宏观层面上:通过对溶液材料稳定性,薄膜均匀性,结晶有序性进行表征分析测试;微观层面上:深入研究溶剂挥发动力学工程、界面与能带工程、缺陷钝化工程、稳定性工程,解决喷墨打印痛点——溶液结晶堵塞喷嘴、薄膜Marangoni流、“咖啡环”效应、溶液与基材表面能协调等实际问题。叶烁通过喷墨打印技术在钙钛矿器件制造工艺中对材料化学领域的充分探索,为钙钛矿光伏实现产业化推波助澜。
 
 
图示:上海叶烁制备钙钛矿-晶硅叠层电池,毯式覆盖的钙钛矿层SEM&PL图
 
此外,喷墨打印技术可作为“全打印”领域的“全能战士”。目前,叶烁已建立了钙钛矿器件各功能层喷墨打印材料技术库:钙钛矿活性层(FA/MA/CS基、FASn1-xPbxI3、CsPbBr3QDs);空穴传输层(SAMs、NiOx、PEDOT:PSS);电子传输层(富勒烯衍生物PCBM、SnO2);电极层(Ag纳米线、碳纳米管)。
 
一个经典的“全打印”柔性钙钛矿太阳能电池流程可以是:ITO/PET基底 → 打印PEDOT:PSS(HTL)(水基,150°C烘干)→ 打印CsFAMAPbIBr混合钙钛矿(GBL/DMSO溶剂,溶剂氛围辅助结晶)→ 打印PCBM(ETL)(氯苯溶剂,低温烘干)→ 打印银纳米线(电极)(乙醇基,120°C烧结)→ 封装。
 
为助力于推动产业健康发展,叶烁坚持双线突破,研究发展小面积以不断突破极限、探索未知;在大面积工程化可持续将成果转化为实际产品。上海叶烁总部研发实验室持续与产业研发者保持高密度联系,为其提供喷墨打印深度技术开发,目前已助力头部企业实现晶硅-钙钛矿叠层电池效率突破35%。并且,叶烁与高校建立密切关系,共同为钙钛矿太阳能电池喷墨打印技术开发作持续性的前沿探索工作,向效率冲击及稳定性开发逼进。
 
市占率背后的行业话语权
 
随着钙钛矿叠层技术迎来从0到1的关键突破期,上海叶烁在核心制程装备领域的先发优势已然形成技术壁垒。据公开信息显示,上海叶烁已实现从高校实验室到多家头部企业的试验线覆盖,在激烈的技术路线竞争中,这份来自产业界与学术界的共同选择,充分印证了其在细分领域的权威地位。
 
这份行业影响力,源自其扎实的技术创新与工程化实力。其已围绕喷墨打印技术布局了多项发明专利、11项实用新型专利和8项软件著作权,核心专利集中在喷墨打印设备结构、控制算法、工艺优化等领域,尤其在墨滴精准调控、耐溶剂喷印部件等核心技术上,形成了与行业研发进程同频迭代的技术体系,构建起数字化增材制造的技术护城河。
 
光伏技术的迭代升级,每一次关键突破的背后,都凝聚着行业技术研发人员的辛勤付出,离不开核心设备制造商的坚实支撑,更依托于材料科学的持续优化。上海叶烁数字信息技术发展有限公司始终对每一位行业从业者怀揣着最深的敬意,依托其在数字喷墨打印领域沉淀20年的技术深度与产业广度,全心助力行业伙伴开展技术研发及成果转化工作,以聚焦客户成功为核心目标,积极推动钙钛矿叠层技术朝着加速化、稳定化、产业化的方向迈进,致力于为钙钛矿产业早日实现规模化量产,贡献自己的一份力量。

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