钙钛矿材料行业专题报告材料为降本提效关键，材料工艺各显神通

　　（报告出品方作者：广发证券，代川、孙柏阳、朱宇航）一、钙钛矿电池长板突出，产业化进程加速
　　钙钛矿为一类具备化学式ABX3且呈立方体或八面体结构的材料的统称。钙钛矿是一种具有与矿物钙钛氧化物（最早发现的钙钛矿晶体）相同晶体结构的材料，通常钙钛矿化合物具有化学式ABX3，其中A代表一价有机或无机阳离子，如甲脒离子（CH（NH2）2，一般缩写为FA）、甲胺离子（CH3（NH3），一般缩写为MA）、铯离子（Cs）、铷离子（Rb）或者多种阳离子混合等；B一般代表二价金属阳离子，如铅离子（Pb2）、锡离子（Sn2）、锗离子（Ge2）或者多种金属离子混合等；X一般代表一价卤素阴离子，如溴离子（Br）、碘离子（I）、氯离子（Cl）或者多种卤素离子混合等。在晶胞结构中，A离子位于钙钛矿晶胞结构中心，配位12个X阴离子形成立方八面体，B离子配位6个X阴离子具有八面体几何形状。
　　钙钛矿太阳能电池可分为平面结构和介孔结构，其中平面结构又包括正式（nip）结构和倒式（pin）结构。（1）介孔结构：最早的钙钛矿电池结构，来源于染料敏化太阳能电池。在介孔结构中，通常存在一种具有纳米级孔隙的电子传递层（ETL）支架，由致密的TiO2层和多孔的TiO2层组成。钙钛矿层、空穴传输层（HTL）和电极沉积在ETL支架上，以构成完整的器件结构。多孔TiO2的作用是增加与钙钛矿层的接触，增强载流子分离能力，致密的TiO2层起着传输电子和堵塞空穴的作用。（2）正式（nip）结构：介孔结构去掉介孔层后，形成正式平面结构。由于构型相似，介孔结构与正式（nip）结构发电机理也相似，在光照下钙钛矿晶体中形成电子和空穴，分别注入电子和空穴传输层并移动到电极上发电。（3）倒式（pin）结构：到目前为止，大多数倒式钙钛矿电池都采用了与常规结构（nip）相同的钝化方法或材料。尽管效率有了很大的提高，但它们的性能一般不如常规结构（nip）。究其原因，主要在于常规结构（nip）和倒式（pin）结构钙钛矿表面能级排列和载流子输送方向的要求不同。对于产业界来讲，大多数厂商选择反式钙钛矿结构的原因在于反式结构是先空穴传输层，后钙钛矿层，再电子传输层，空穴传输层直接在TCO玻璃上沉积（或涂布等），工艺窗口较大，便于之后的加工流程。
　　钙钛矿成分可调空间大，下游应用场景灵活。不同的阳离子以不同的配比、不同的方式、不同的结构嵌入到钙钛矿结构中，可以出开发不同的工程材料。同时，受益于成分的可调性，钙钛矿材料可以根据不同的应用场景要求，应用于地面电站、航空、军事、建筑、可穿戴式发电器件等众多领域。光伏领域中，钙钛矿的应用未来可以覆盖工业园区、商业、地面、农业、建筑光伏一体化BIPV等多重场景。
　　钙钛矿产业化进展加速，国内企业争相布局。根据各家官网以及公众号的披露，纤纳光电已实现首批组件发货，这也是全球首款钙钛矿量产商用组件；仁烁光能建设的全球首条全钙钛矿叠层光伏组件研发线正式投产；协鑫100MW钙钛矿生产线开始试生产；无限光能启动10MW级中试线建设，预计2024年建成100MW级商业化量产线；极电光能150MW钙钛矿光伏生产线正式投产运行；脉络能源在广东佛山建成并运行一条中试线，正在进行100MW大面积钙钛矿光伏组件生产线设计，并计划在年底完成生产线建设；万度光电总投资高达60亿元的钙钛矿太阳能电池项目已正式落地。该项目共分为两期，第一期建设一条200MW级可印刷介观钙钛矿太阳能电池大试线，顺利量产后，计划扩充至10GW。
　　目前，在钙钛矿产业化进程中最亟需解决的两个问题是：（1）大面积钙钛矿效率损失严重（钙钛矿大面积制备）。到目前为止，小尺寸钙钛矿电池效率超过25。0，预计在不久的将来将超过26。0。然而，小尺寸钙钛矿电池对于工业制造和实际应用意义不大，开发高效大面积钙钛矿太阳能组件是实现商业化不可缺少的一部分。而钙钛矿薄膜的不平整性会随着组件面积增加而放大，从而导致大面积钙钛矿平整度问题凸显、效率低下。目前钙钛矿单结太阳能认证最高效率为25。6，远低于其肖克利奎瑟（SQ）极限最大理论效率（30），钙钛矿太阳能电池效率仍有很大提升空间。
　　大面积钙钛矿组件对比小面积组件效率损失较为明显。极电光能756cm2大面积钙钛矿组件光电转换效率为18。20；相比之下，小面积组件中，众能光电61。58cm2钙钛矿太阳能电池光电转换效率为20。08；曜能科技25cm2钙钛矿晶硅两电极叠层太阳能电池组件光电转换效率为29。57；纤纳光电19。35cm廉价金属电极结构钙钛矿组件光电转换效率为21。80；无限光能100。53mm2钙钛矿太阳能电池光电转换效率为24。67。
　　（2）钙钛矿稳定性有待提高（寿命问题）。钙钛矿材料由于其特殊的结构以及特殊的材料构成，存在不同程度的分解现象，尤其在高温、高湿度、强光、富氧等条件下，钙钛矿分解过程会被加速。同时，钙钛矿电池存在离子迁移问题，在电场作用下，钙钛矿中可移动离子会朝着特定方向迁移，并在一定区域聚集，导致局部化学掺杂效应，改变聚集区域费米能级的位置，影响了电荷载流子的传输。如何提高钙钛矿的稳定性是钙钛矿产业化发展的关键。结合前文对产业化钙钛矿电池组件效率的分析，可以发现产业界目前重心更多放在效率提升，稳定性方面纤纳光电、协鑫光电分别通过相关测试，目前钙钛矿稳定性发展进步空间较大。
　　为了解决钙钛矿大面积组件效率损失及稳定性问题，科研界与产业界在材料、工艺、设备等多角度发力。本文将从材料角度，探讨科研界与产业界双重视角中钙钛矿太阳能电池的性能提升方向。二、功能层材料：主体材料趋同，掺杂材料各显神通
　　根据前文所述，钙钛矿电池主要由以下几个功能层组成：透明导电氧化物（TCO）、电子传输层（ETL）、钙钛矿层、空穴传输层（HTL）和背电极。本章将对每个功能层涉及的材料逐一分析。
　　1。透明导电氧化物（TCO）
　　产业界目前主流TCO为FTO。TCO导电玻璃具有对可见光的高透过率及高导电率，常见TCO主要是ITO（锡掺杂氧化铟）和FTO（氟掺杂氧化锡）。ITO具有优异的导电性和透明性，并能阻挡有害射线，通过增加氧化铟的用量可以提高ITO的透过率，但是具有铟这一稀有金属；FTO虽然导电性能略差于ITO，但其凭借成本低、耐高温性能、工艺简单等优势，成为目前产业界主流应用材料。科研界TCO可替代选择包括AZO（铝掺杂氧化锌）、IZO（氧化铟锌），其中AZO成本较低，IZO具有高载流子迁移率，且能改善水分稳定性。Tiwari等人制作以AZO为透明导电氧化物的半透明钙钛矿太阳能电池，转换效率为16。1，开路电压高达1。116V，并且具有良好的热稳定性和光稳定性。
　　2。电子传输层（ETL）
　　电子传输层承担传输电子、阻挡空穴的作用。理想情况下，应用于钙钛矿太阳能电池的电子传输层需要满足以下条件：满足高透射率的宽带隙，以确保钙钛矿材料的光吸收最大化；适当的能级（与钙钛矿层能级匹配）和较高的电子迁移率，确保有效的电子注入和输运；光化学和热稳定的表面，保证钙钛矿太阳能电池的长期稳定性；无针孔的均匀膜形态，为钙钛矿提供更好的生长基底；低成本、设备灵活的低温制备工艺。电子传输层材料分为金属氧化物及有机化合物，目前以氧化锡为主，有机化合物为重点研发方向。金属氧化物如氧化钛、氧化锌、氧化锡、氧化镍等，有机化合物如富勒烯（C60、C70）及其衍生物（PCBM等）和基于NDI（萘二甲酰亚胺）的小分子等；产业界刚开始以氧化钛为主，但是发现氧化钛有紫外光催化的特性，会影响钙钛矿电池的寿命，后面发展为氧化锌，但是锌会和钙钛矿发生反应，因此现在产业界基本确定了氧化锡为电子传输层的主体材料，目前产业界也在开发有机化合物，作为氧化锡的替代物，或者增加一层有机化合物为钝化层改善性能。
　　电子传输材料需要与钙钛矿层满足能级匹配。电子传输层的基本作用是与钙钛矿吸收层形成电子选择性接触，需要满足能级匹配，提高光生电子抽取效率，并有效地阻挡空穴向阴极方向迁移。ITO、FTO、C60（富勒烯）、ZnO（氧化锌）、TiO2（二氧化钛）、C60SAM（富勒烯衍生物）、PCBM（富勒烯衍生物）、C60bis（富勒烯衍生物）、ICBA（茚与C60双加成物）与甲胺铅溴钙钛矿材料能级均匹配，除ICBA外，其他图示电子传输材料与甲胺铅碘钙钛矿材料能级均匹配。
　　可采用元素掺杂、共混策略改善无机电子传输层的导电性能。目前常用的元素掺杂方法可分为等效阳离子掺杂和非等效阳离子掺杂两种。例如，Sandhu等人采用Zr4掺杂的致密TiO2作为ETL，发现Zr4掺杂可以提高电子导电性，减少电子陷阱态，从而抑制非辐射重组。与元素掺杂类似，共混策略使无机电子传输层具有更少的内部陷阱态、更好的导电性以及与钙钛矿更合适的水平匹配。石墨烯量子点（GQDs）由于其优异的光学和电子性能、易于修饰和高光稳定性，已成为与无机半导体共混的一种选择。公开专利资料显示，协鑫光电与2018年申请的钙钛矿电池及其制备方法专利中，电子传输层材料为氧化锡。
　　3。钙钛矿层
　　钙钛矿层作为钙钛矿太阳能电池的吸光层，对电池的性能至关重要。目前在产业界的研究主要可分为有机无机杂化钙钛矿和全无机钙钛矿。
　　（1）有机无机杂化钙钛矿
　　a。甲基铵卤化铅
　　Kojima等人首次将甲胺铅碘（CH3NH3PbI3，MAPbI3）和甲胺铅溴（CH3NH3PbBr3或MAPbBr3）作为敏化剂应用于液体电解染料敏化太阳能电池（DSSCs）中，分别实现了3。8和3。1的光电转换效率。此后，甲胺铅碘（MAPbI3）作为最具代表性的钙钛矿材料备受关注。
　　b。混合阳离子卤化铅
　　混合阳离子钙钛矿充分结合不同阳离子的特性，从而有效提高钙钛矿稳定性。纯单阳离子由于其热稳定性或结构不稳定性，在钙钛矿太阳能电池中的应用受到限制。2014年，Gratzel等人开发了第一种成分为MA0。6FA0。4PbI3的混合阳离子钙钛矿作为太阳能电池的光吸收层。
　　（2）全无机卤化铅
　　尽管有机无机杂化卤化物钙钛矿材料具有高效率和优异的性能，但其固有的不稳定性，特别是对水分和热量的不稳定性，仍然是其长期稳定性的关键挑战。2016年MichaelKulbak等人对甲基溴化铵（MABr）、甲基溴化铅（MAPbBr3）、溴化铅（PbBr2）、铯溴化铅（CsPbBr3）和溴化铯（CsBr）进行热重分析，研究表明表明，无机钙钛矿比有机无机杂化钙钛矿具有更高的热稳定性。
　　2015年，Kulbak等人研究了第一个基于CsPbBr3的钙钛矿太阳能电池，光电转换效率达5。95，并进一步证明无机CsPbBr3钙钛矿在580时可以热稳定，而有机MAPbBr3在220时开始失去质量。钙钛矿层的主体材料相对确定（MAPbI3），重点在于各元素的配比、掺杂材料的选择以及相关工艺。万度光电于2014年申请专利显示钙钛矿层材料为有机无机杂化钙钛矿；而纤纳光电2016年申请专利显示钙钛矿层材料为全无机杂化钙钛矿。目前，产业界多选择甲胺铅碘（MAPbI3）作为钙钛矿的主体材料，各家的核心在于不同元素的配比、不同的掺杂材料以及相关的加工工艺。
　　4。空穴传输层（HTL）
　　钙钛矿空穴传输层材料可分为无机及有机两大类，其中有机空穴传输层可以进一步分为三种类型小分子、聚合物、低聚物。
　　常见的无机空穴传输材料有NiO（氧化镍）、CuSCN（硫氰酸亚铜）、CuI（碘化亚铜）、CuxO（氧化铜）、氧化石墨烯等；有机空穴传输材料如小分子SpiroOMeTAD（螺二芴）、DOR3TTBDT，聚合物P3HT（聚三己基噻吩）、PEDOT：PSS（一种高分子聚合物的水溶液）、PTAA（聚三芳基胺），低聚物S197等。
　　从成本角度来看，无机空穴传输层成本较优，CuI、CuSCN、NiO、Cu2O成本都在15千克美元及以下，值得注意的是，有机空穴传输材料中FDT成本明显低于其他材料。从光电转换效率来看，有机空穴传输层转换效率较高，FDT、PTAA、SpiroOMeTAD、PEDOT：PSS都在18以上，值得注意的是，无机空穴传输材料中NiO转换效率明显优于其他材料；从开路电压来看，有机与无机空穴传输层没有明显区别。
　　目前基本形成使用氧化镍作为空穴传输层的产业共识。之前以小分子SpiroOMeTAD（螺二芴）为空穴传输层的主要材料，但是掺杂材料来改善性能，之后各家均开发了不需掺杂的材料体系，目前各家多选择氧化镍。
　　5。背电极
　　钙钛矿太阳能电池可采用不同种类的背电极材料，包括一些贵金属，如金和银（Ag），较便宜的金属如铜（Cu），铝（Al），镍（Ni），钼（Mo），钨（W）等，一些非金属电极，如碳和透明导电氧化物（TCO），以及一些导电聚合物。
　　（1）金属
　　在钙钛矿太阳能电池中，由于金属具有较高的导电性和较低的反射率，通常被用作电极材料。虽然使用金和银作为背电极使设备效率更高，但钙钛矿吸附剂与金、银之间的反应会导致严重的设备退化，且金、银成本偏高。低成本金属如铜（Cu），铝（Al），镍（Ni），钼（Mo），钨（W）等也被研究作为钙钛矿太阳能电池替代Au和Ag作为背电极材料。然而，金属作为背电极材料面临着与电子传输层或钙钛矿吸收层之间的各种界面化学反应。金属合金也被用作背电极材料。ZiyaoJiang等基于Ag、Al合金电极制备的钙钛矿太阳能电池，光电转换效率为11。75，略高于Ag电极钙钛矿太阳能电池（11。45），远高于Al电极钙钛矿太阳能电池（7。95）。此外，与单独的银相比，Ag、Al合金电极具有更高的热稳定性。近年来，除金属薄膜电极外，具有优异透明度和良好电子导电性的金属纳米线透明电极（MeNW）也受到广泛关注。MeNW电极具有溶液可加工性、高透明度、优异的导电性和稳定性。然而，由于金属卤化物的形成，MeNW网络电极也存在化学不稳定性。XuezengDai等人在空穴传输材料和AgNW电极之间插入了超薄的Au中间层，避免了电极材料与含卤活性层的相互作用，显著提高了器件的稳定性。此外，NiNW被认为具有作为稳定的半透明钙钛矿太阳能电池电极的巨大潜力。
　　（2）碳电极
　　碳材料因其高度可调的结构、低成本、丰富的来源以及具有吸引力的性能组合（例如出色的导电性、化学稳定性和高载流子迁移率）而备受关注。碳电极材料主要分为三类，包括导电石墨炭黑、石墨烯和碳纳米管（CNT）。ChunyangZhang等人提出了一种创新的模块化架构设计，其中三种碳源材料（炭黑，石墨片和石墨烯）组合为背电极材料。使用这种设计，基于石墨烯的钙钛矿太阳能电池表现出最佳性能，光电转换效率为18。65，即使在重复拆卸和组装超过500次循环后，效率下降也可以忽略不计。这种新颖的堆叠架构为未来钙钛矿太阳能电池的模块化互联提供了新的方向。
　　（3）透明导电金属氧化物（TCO）电极
　　在钙钛矿太阳能电池两侧均使用基于TCO的电极，通过结合钙钛矿和低带隙吸收剂（如硅或铜铟镓硒），可以制造半透明钙钛矿太阳能电池和叠层太阳能电池。
　　（4）聚合物电极
　　PEDOT：PSS是一种导电聚合物，具有高达1000Scm1的高导电性，可用于钙钛矿太阳能电池背电极材料。通过使用抗反射涂层，PEDOT：PSS电极可以在不增加额外层或增加器件制造复杂性的情况下实现不同颜色的钙钛矿太阳能电池。根据YifanWang等人的研究，从FTO侧和聚合物电极侧照射时，这些彩色半透明器件光电转换效率分别达到15和13。
　　ShiWang等人设计了一种灵活组装且易于拆卸的具有PEDOT：PSS电极的钙钛矿太阳能电池。通过在PEDOT：PSS层中引入叔丁基吡啶和锂盐，改善了界面接触，促进了空穴传输，抑制了电荷组合，光电转换效率为14。62。同时，该器件可以承受100多次循环的反复拆装试验，且无损耗。
　　能级匹配方面：电极和电荷传输层之间界面处的电荷转移效率取决于背电极材料的功函数。背电极的功函数（WF）需要与接触电荷传输材料的费米能级匹配，通常适当的能级范围为5。1至4。1eV。
　　成本方面，金（Au）、TCO作为电极，成本显著高于其他电极材料；对比之下，C、Al、Cu、Ni、W、Mo等材料成本较低，经济性更好。
　　综合稳定性、效率、导电性、能级、价格竞争性等因素来看，碳与TCO作为背电极稳定性最高，其次是贵金属和铜；贵金属匹配最合适，其次是碳。碳价格竞争力最具优势，其次是铝和铜。金属（贵金属、铜、铝）的导电性明显高于其他背电极材料；从效率来看，Cu作为背电极的钙钛矿组件光电效率最高。
　　产业界使用金属作背电极较多；当下游应用需要组件成全透明时，背电极只能采用透明导电氧化物（TCO）。值得注意的是，无限光能开发了一种导电氧化物掺低成本金属作背电极的策略，可以很好的改善成本。
　　三、添加剂：提升钙钛矿电池稳定性的关键因素
　　在前驱体溶液中加入具有特定结构的添加剂，包括无机盐、路易斯酸、路易斯碱，在调节钙钛矿结晶过程的同时钝化特定缺陷。近年来，能够同时钝化多个缺陷并发挥额外作用的多功能添加剂也广受关注。科研界在MAPbI3钙钛矿、FAPbI3钙钛矿中添加剂的部分进展如下：
　　（一）应用在MAPbI3钙钛矿
　　Lee等人在2021年利用两性离子氨基酸L丙氨酸（Lalanine）作为添加剂。由于氨基酸添加剂中存在氨基和羧基，带负电荷的缺陷（包括阳离子空位和I空位）和带正电荷的缺陷（包括卤化物空位和阳离子间隙）同时被钝化。受益于L丙氨酸的有效钝化，非辐射复合中心减少。基于上述含L丙氨酸添加剂的高质量钙钛矿层制备的钙钛矿器件在4。64mm2尺寸实现20。3的光电光电转换效率，9。06mm2尺寸实现15。6的光电光电转换效率，优于实验对照组（不含氨基酸添加剂）在相同尺寸下的光电光电转换效率（9。06mm2尺寸实现13。5的光电光电转换效率）。此外，添加剂的加入使钙钛矿太阳能电池工艺具备较高稳定性，实验结果表明含L丙氨酸添加剂的钙钛矿器件在2600小时后仍保持初始光电光电转换效率的80，而对照组（不含氨基酸添加剂）钙钛矿器件效率仅为初始的58。
　　JinlongHu等人于2021年进一步研究天然氨基酸（NAAs）。选取甘氨酸（Gly）、谷氨酸（Glu）、脯氨酸（Pro）和精氨酸（Arg）作为四种原型材料，研究了它们对MAPbI3的钝化效果，研究表明精氨酸添加剂在这类氨基酸分子中钝化效果最为显著。ZhongyuanXu等人于2019年使用含溴的四丁基铵盐作为添加剂控制MAPBI3钙钛矿太阳能电池大面积制备的结晶过程。获得了光电转换效率15。79的更均匀、光滑的36cm2钙钛矿薄膜。
　　（二）应用在FAPbI3钙钛矿
　　碘化甲脒铅（FAPbI3）钙钛矿具有高光吸收和长扩散长度，使其成为高效太阳能电池的主体材料。FAPbI3的主要内在缺陷3（即碘空位）诱导强烈的电子定位，并在光激发时成为深陷阱和复合中心，载流子寿命显著缩短，并且未充分利用其优越性能。因此，如何较好的处理内在缺陷已成为实现高效太阳能电池的关键问题。JunZhu等人使用FAS2离子加入钙钛矿前驱体溶液中。FAS2离子是一种强氧化剂或电子清除剂，FAS2离子取代FA离子使碘空位失去了强局域电子，从而消除了深阱。结果表明，最优单元器件（0。14cm2）具有23。11的光电转换效率，22。83的稳定功率输出（SPO），0。343V的低电压亏缺和83。4的填充因子。在没有封装的情况下，该设备在85或50相对湿度的大气测试下加热1000小时后，分别保持其初始效率的92。5和91。7。
　　产业界也在钙钛矿前驱体溶液中加入不同添加剂以改善钙钛矿性能，在功能层材料基本相似的情况下，钙钛矿前驱体溶液中的添加剂至关重要，提升钙钛矿太阳能电池的稳定性关键因素之一就是选择适合的添加剂以调节其性能。根据专利情况来看，草酸苯肼、黑磷、石墨烯、金属螯合剂、三碘化物等均在产业界可被用作添加剂，各家有各家的掺杂剂体系，这也是各家的核心竞争力之一。四、溶剂：提高钙钛矿晶体成核与薄膜质量
　　溶剂是钙钛矿前驱体材料溶解的介质，其特定官能团对溶剂与钙钛矿前驱体的配位有重要影响。溶剂的极性决定了其配位能力，从而影响钙钛矿晶体成核和生长以及沉积的钙钛矿薄膜的形貌。因此，通过调节溶剂的特性，可以有效控制溶液处理钙钛矿薄膜的成膜动力学和成膜质量。
　　（一）混合溶剂
　　近年来，非质子溶剂如DMSO（二甲基亚砜）、DMF（二甲基甲酰胺）、丁内酯（GBL）和n甲基吡咯烷酮（NMP）的引入，极大地改善了钙钛矿薄膜的形貌，非质子溶剂的极性决定了其与Pb2的结合程度和配合物的稳定性。由于单一溶剂对前驱体溶解度较低，阻碍了致密有机无机杂化钙钛矿膜的形成，降低了钙钛矿太阳能电池的稳定性，二元溶剂、三元溶剂等混合溶剂被开发出来。利用混合溶剂中多种溶剂对钙钛矿前驱体协同能力的强弱不同，来调控钙钛矿薄膜的晶粒生长，可以得到表面更加平整、晶粒更大的钙钛矿薄膜，同时提升钙钛矿太阳能电池的光电性能。二元溶剂如XiangFang等人采用NMP作为高沸溶剂和络合剂，DMF或DMAc（二甲基乙酰胺）作为低沸溶剂。以NMPDMAc二元溶剂为共溶剂的钙钛矿太阳能电池效率高达17。38。三元溶剂如XupingLiu等人在DMSODMF混合前驱体溶液中加入少量吡啶，钝化了晶体的表面缺陷，形成了晶粒大、无针孔、载流子寿命长和低阻钙钛矿膜。基于该三元溶剂工程技术制备的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率高达19。03，远高于未添加吡啶的16。94。该方法具有简单、绿色环保、性能显著提高等优点。
　　（二）抗溶剂
　　抗溶剂与溶剂的强相互作用可以减少残留溶剂的量，进而促进钙钛矿的成核和结晶。常见的无毒抗溶剂有正己烷、二乙醚、三氟甲苯、碘苯、仲丁醇、茴香醚、乙酸乙酯和乙酸甲酯等，与强极性溶剂相比，抗溶剂处理改善了钙钛矿薄膜的表面形态，促进了薄膜的晶体生长。
　　产业界多为使用混合溶剂，如胺类化合物、醇类有机物、乙腈等。如何将溶剂与自身的主体材料、掺杂材料以及工艺的配合，是各家的核心机密所在。五、界面工程：改善钝化效果，提高吸光性能
　　界面是最容易形成缺陷的地方，这些缺陷形成非辐射的复合中心，降低钙钛矿电池性能，如何更好的修饰界面提高钝化效果就显得尤为关键。其实晶硅电池的PERC、TOPCon、HJT技术都属于广义的界面工程，在PN结和材料无法改善电池性能的时候，通过叠加各种膜层来提高钝化效果，钙钛矿必然也会经历相关的过程。平面型钙钛矿太阳能电池由前电极、ETL、钙钛矿吸光层、HTL和后电极堆叠而成，后电极包含几个关键界面，包括ETL钙钛矿界面和钙钛矿HTL界面，以及埋底界面。其中，载流子提取注入、电荷转移输运、重组等均与界面直接相关。界面工程可以有效抑制非辐射复合，通过调节电荷传输层与钙钛矿吸收层之间的能级对齐，提高钙钛矿太阳能电池吸光层的性能。
　　（一）ETL钙钛矿界面的界面工程
　　目前科研界ETL钙钛矿界面的优化方向，包括无机材料、有机材料、碳纳米材料和离子液体的利用，以及连贯夹层的自发利用。
　　1。无机材料。无机材料由于其鲁棒性和易加工性，被广泛应用于电子传输层与钙钛矿之间的界面改性层，常用的无机材料主要是金属化合物。Dagar等人将MgO通过溶液处理的方法沉积在SnO2上，MgO可以降低SnO2的表面粗糙度，抑制界面电荷重组，且稳定性更好。除金属氧化物外，其他金属化合物也可作为电子传输层的改进剂。Byranvand等使用稳定的p型CuI修饰TiO2钙钛矿界面，从而调节TiO2的能带排列，改善钙钛矿吸光层性能。
　　2。有机材料。具有丰富官能团的有机材料超薄膜可以改善电子传输层的表面电子性质以及ETL钙钛矿界面处的被动缺陷，从而赋予钙钛矿太阳能电池优异的性能和高稳定性。在所有有机物中，自组装膜（SAMs）因其结构简单、官能团丰富、成本低廉而成为最常用的改性剂之一。此外，非富勒烯也是有机太阳能电池中常见的有机受体，它也能赋予钙钛矿向电子传输层的有效电子注入和传输，从而有助于高效的钙钛矿太阳能电池。
　　3。碳纳米材料。如石墨烯衍生物、富勒烯及其衍生物，由于其高电子迁移率、低温处理和适当的能级，被广泛用于修饰钙钛矿太阳能电池的电子传输层，当前C60已经成为主流的钝化层。
　　4。离子液体。离子液体是指仅包含低于100的离子的液体。由于其毒性低、液体范围广、电化学性能优异、可设计性好，已被广泛用作钙钛矿前驱体溶液的添加剂。
　　5。连贯夹层的自发形成。Min等人通过使用氯结合的SnO2和含氯的钙钛矿前体，在SnO2和钙钛矿之间自发形成中间层。该夹层减少了界面缺陷，提高了电子提取和传输能力。因此，基于该中间层的钙钛矿太阳能电池在标准照明下的效率可达到25。8（认证为25。5）。此外，稳定性方面，在连续光照500小时下，未封装的器件可以保持约90的原始光电转换效率。
　　（二）钙钛矿HTL界面的界面工程
　　钙钛矿层与空穴传输层之间的界面在钙钛矿太阳能电池的空穴提取和电子阻断中起着关键作用。科研界用于此界面的材料包括：绝缘聚合物、共轭聚合物、2D钙钛矿、有机铵盐、有机小分子、金属盐、碳基材料。
　　1。绝缘聚合物。JunPeng等人采用双层界面钝化策略，在钙钛矿薄膜底部和表面引入超薄PMMA薄膜（聚甲基丙烯酸甲酯薄膜）。Kim等人采用吸湿性聚合物（PEO）和疏水性聚合物（PS）作为界面层，研究发现钙钛矿界面处的PEO（聚氧化乙烯）显着降低钙钛矿表面陷阱态的密度，导致性能提升。
　　2。共轭聚合物。与容易阻止载流子转移并导致低填充因子（FF）的绝缘聚合物相比，共轭聚合物具有特殊性能，例如半导体特性、易于形成高质量薄膜等。这些多功能聚合物可以作为钙钛矿HTL界面的高效改性层，具有电荷隧穿功能，减少载流子复合，甚至提高稳定性。科研界在钙钛矿空穴传输层界面中常用的共轭聚合物如疏水性p型共轭聚合物、PTPD、polyTPD等。
　　3。二维钙钛矿。为了克服三维钙钛矿有限的水分和热稳定性，引入了二维钙钛矿。二维钙钛矿层充当界面修饰层，既保留了三维钙钛矿的高效率，又保留了二维钙钛矿的稳定性。科研界构建二维钙钛矿常用材料如苯乙基碘化铵（PEAI）、丁基碘化铵（BAI）等。
　　4。有机铵盐。铵盐基界面层通过化学键作用钝化带负电荷和正电荷的离子缺陷，科研界在钙钛矿空穴传输层界面常用有机铵盐如PEAI、1萘甲胺碘化物（NMAI）等。
　　5。有机小分子。有机分子具有易于溶液处理和化学修饰的特性，已被有效地应用于界面层的制备。具有各种官能团的有机分子可以通过键相互作用钝化表面缺陷，并在钙钛矿HTL界面形成合适的能级排列。重要的是，需要控制分子层的顺序、均匀性和厚度，否则可能会降低钙钛矿器件性能。科研界常用材料如PTTPA（聚噻吩并噻唑吡咯烷酮）、DMAP（二甲基氨基吡啶）、PTAA（聚3芳香环丙烯）等。
　　6。金属盐。金属盐与钙钛矿表面形成强烈的化学键，可以显著阻碍离子迁移和不稳定成分的损失；同时，使用金属盐作为界面层可以为钙钛矿提供良好的保护，使其免受外部恶劣条件（湿度或光照）的影响。例如，RuihaoChen等人在钙钛矿HTL界面上采用氯化锶（SrCl2）层来抑制非辐射重组。YanboWang等人采用铅氧盐（PbSO4）层增强钙钛矿的耐水性，降低缺陷密度，提高载流子寿命。
　　7。碳基材料。碳基材料具有稳定的结构和疏水性，不易与钙钛矿卤化物发生反应，从而避免离子在钙钛矿层中的迁移，起到防水屏障的作用。此外，碳基材料还具有可调谐的能带能量排列和非凡的电子性能。ChengBi等人在钙钛矿薄膜表面应用了薄层富勒烯衍生物（bisPCBM），提高钙钛矿电池性能和稳定性。
　　（三）埋底界面
　　埋底界面缺陷引起性能和稳定性下降，阻止多数载流子提取，导致电荷积累和复合损耗。各种材料被广泛应用于对埋底界面进行改性，以提高钙钛矿太阳能电池的性能和长期稳定性，主要分为无机盐、有机分子和聚合物、碳材料、钙钛矿相关材料和二维材料。
　　1。无机盐。无机盐是简单有效的界面钝化材料，用于修饰界面和钝化埋底界面，在正式和反式钙钛矿太阳能电池中都有广泛的应用。
　　2。有机分子。具有可定制结构的有机分子被广泛应用于钙钛矿表面缺陷陷阱的钝化愈合，也可以在修改埋地界面方面发挥重要作用。
　　3。聚合物。由于聚合物的绝缘和介电特性，与有机分子相比，聚合物具有突出的界面修饰能力。如JingWei等人使用聚乙二醇（PEG）来改善SnO2层的致密性和润湿性。JingjingTian等人使用氨基功能化聚合物（PN4N）中间层调节表面润湿性，促进形成晶粒尺寸更大、结晶度更高的高质量全无机钙钛矿薄膜。
　　4。碳材料。碳材料及其衍生物，如碳纳米管、富勒烯、石墨烯、石墨烯、氧化石墨烯等，具有良好的导电性，可以增强界面电荷输运，钝化界面缺陷，调节能级排列和钙钛矿薄膜的形成。
　　5。钙钛矿相关材料。钙钛矿和相关材料用于修饰界面，可以实现底部电荷传输层（CTL）与钙钛矿层之间的接触。且与界面两侧的原有材料结合后，会自行形成具有原子相干特征的新界面层。2021年，QingshunDong等人开发了互穿有机无机卤化物钙钛矿（OIHP）ETL界面，与常规相比较，结构完整性增强。该界面不仅可以防止离子分子物种扩散到器件中，而且降低了界面断裂的风险，有助于器件可靠性的提高和较高的机械疲劳承受能力；且允许更有效的光载流子在界面上分离和传输，从而提高了器件效率。
　　6。二维材料。ZhipengShao等人发现氯能有效填充ZnO的氧空位缺陷，抑制电荷重组，促进ZnO钙钛矿界面电荷输运；HeHuang等引入NH4Cl修饰SnO2ETL，不仅可以提高电子迁移率，实现与钙钛矿更适合的能带对齐，而且还通过抑制深层缺陷的形成来优化ETL钙钛矿界面，从而提高性能和稳定性。
　　在界面工程上，产业界采取了在电子传输层上镀金属卤化物层、金属电极与钙钛矿层的界面镀金属阻挡层、设置界面修饰层、复合传输层等多种策略。六、重点公司分析
　　（一）捷佳伟创：钙钛矿设备持续放量，布局叠层技术
　　捷佳伟创前身2003年创立于广东深圳，并于2018年8月10日在创业板上市，是一家高速发展的新能源装备研发制造企业。主要产品包括PECVD及扩散炉等半导体掺杂沉积工艺光伏设备、清洗、刻蚀、制绒、全自动丝网印刷设备等晶体硅太阳能电池生产工艺流程中的主要及配套自动化设备、智能车间系统以及高端显示、先进半导体的湿法、炉管类设备研发、制造和销售。
　　捷佳伟创2营收与利润连年维持较高速增长。自2013年以来，捷佳伟创营收与利润始终保持稳定增长，并在创立前期就实现高速跨越式增长。2021年，公司营收达50。47亿元，同比增长24。80；净利润7。14亿元，同比增长39。47。2022年Q13，营收实现42。56亿元，同比增长13。65；净利润8。19亿元，同比增长36。71。
　　捷佳伟创钙钛矿设备持续放量，加速推动叠层电池整线装备产业化。捷佳伟创作为全球太阳能电池设备龙头企业，在太阳能电池技术快速迭代的背景下，一直以全方位的技术与装备布局。2022年7月，首台套量产型钙钛矿电池核心装备立式反应式等离子体镀膜设备（RPD）通过厂内验收，实现出货。迄今为止，捷佳伟创依托全面强大的真空镀膜技术与多年沉淀的精密设备设计能力，已向十多家光伏头部企业和行业新兴企业及研究机构提供钙钛矿装备及服务，订单金额超过2亿元人民币。此外，捷佳伟创目前完成了TOPCon、HJT、钙钛矿及钙钛矿叠层等光伏电池技术整线装备的深入布局，在大尺寸钙钛矿、全钙钛矿叠层、HJTTOPCon叠层钙钛矿领域的设备销售持续放量，设备种类涵盖RPD、PVD、PAR、CVD、蒸发镀膜及精密狭缝涂布、晶硅叠层印刷等，不断创新引领着光伏电池装备技术的发展。
　　（二）德龙激光：实现百兆瓦级激光设备供应，抢占激光设备先机
　　德龙激光成立于2005年，位于苏州工业园区，主营业务为精密激光加工设备及激光器的研发、生产、销售。公司专注于激光精细微加工领域，凭借先进的激光器技术、高精度运动控制技术以及深厚的激光精细微加工工艺积淀，聚焦于半导体及光学、显示、消费电子及科研等应用领域，为各种超薄、超硬、脆性、柔性及各种复合材料提供激光加工解决方案。同时，公司通过自主研发，目前已拥有纳秒、超快（皮秒、飞秒）及可调脉宽系列固体激光器的核心技术和工业级量产的成熟产品。
　　公司产品可分为精密激光加工设备、激光器、激光设备租赁和激光加工服务。根据下游应用领域和技术路径的不同，公司精密激光加工设备主要分为半导体及光学激光加工设备、显示激光加工设备、消费电子激光加工设备及科研领域激光加工设备。公司激光器产品按激光脉冲宽度划分主要包括纳秒激光器、皮秒激光器、飞秒激光器及可变脉宽激光器等。公司激光设备租赁主要集中于显示和消费电子领域，由于近几年显示领域技术更新迭代较快，消费电子下游客户需求和市场变化迅速，下游客户在不确定该项产品或技术的应用前景和市场规模时，通常不会大规模上生产线，而是采用租赁的方式采购加工设备，以满足自身的生产需求。激光加工服务主要应用于半导体领域晶圆划片、陶瓷封装基板的切割加工，消费电子领域的高硬度玻璃切割、陶瓷钻孔等，用以实现下游产品的精密加工制造。
　　德龙激光对钙钛矿电池产业化机会关注较早，首套钙钛矿薄膜太阳能电池生产整段设备已于2022年交付客户并投入使用，率先实现百兆瓦级规模化量产。2009年公司就推出过非晶硅薄膜太阳能电池的激光刻蚀设备，对薄膜太阳能电池生产制造及激光加工工艺有技术储备及工艺沉淀。2020年公司关注到钙钛矿薄膜太阳能电池的产业化机会，推出了针对钙钛矿薄膜太阳能电池生产整段设备（包括P0层激光打标设备，P1、P2、P3激光划线设备，P4激光清边设备及其中一系列自动化设备），目前设备已投入客户量产线使用，率先实现百兆瓦级规模化量产。目前公司正在开发针对钙钛矿薄膜太阳能电池的新一代生产设备，对设备的加工幅面、生产效率等都进行了迭代升级。公司也一直在配合头部客户的新工艺开发，并不断开拓新客户。
　　（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）
　　精选报告来源：【未来智库】。链接