鈣鈦礦太陽能電池的實驗室效率從3.8%躍升至26%以上，展現(xiàn)出驚人的發(fā)展速度。然而，實驗室中通過旋涂與反溶劑淬火工藝獲得的高質(zhì)量薄膜，難以直接復制到平方米級的規(guī)模化生產(chǎn)中。如何在大面積基底上實現(xiàn)快速、均勻的結晶，同時兼顧高沸點溶劑和功能性添加劑的使用，成為鈣鈦礦光伏技術走向商業(yè)化的關鍵瓶頸。美能大平臺鈣鈦礦電池PL測試儀通過無接觸式測試，監(jiān)測各個工藝段中的異常，了解單節(jié)疊層鈣鈦礦電池的缺陷分布信息。

本研究開發(fā)了3D層流輔助結晶(LAD)技術，成功實現(xiàn)0.79平方米鈣鈦礦組件的量產(chǎn)，冠軍效率15.0%，并通過IEC認證，在亞熱帶地區(qū)實際發(fā)電量比硅基組件高29%。

核心痛點：大面積成膜為何困難

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不同干燥策略及LAD結構設計與氣流模擬

在實驗室中，旋涂工藝通過高速旋轉產(chǎn)生均勻的離心力場，形成穩(wěn)定的三維層流氣流，從而實現(xiàn)溶劑的快速均勻揮發(fā)，獲得高質(zhì)量薄膜。然而，這一方法無法擴展到大面積生產(chǎn)。當前主流的大面積工藝存在以下問題：

氮氣風刀：氣流呈一維單向分布，基板前后端干燥時間不一致，易導致薄膜厚度不均。

真空閃蒸：氣流呈尖峰型，僅持續(xù)數(shù)秒便迅速衰減，難以徹底去除高沸點溶劑如DMF和DMSO。

干法沉積：雖避免了溶劑問題，但無法使用功能性添加劑，限制了效率和穩(wěn)定性的進一步提升。

因此，如何在保持工藝可擴展性的同時，實現(xiàn)均勻、徹底的干燥，成為大面積鈣鈦礦薄膜制備的核心挑戰(zhàn)。

技術突破：層流干燥器的設計與優(yōu)化

研究團隊提出了一種創(chuàng)新思路：模仿旋涂工藝中的均勻?qū)恿鳝h(huán)境，將其引入大面積干燥過程。為此，他們開發(fā)了層流干燥器，安裝在狹縫涂布機之后，用于平方米級基板的干燥處理。

通過計算流體動力學模擬，團隊對比了三種內(nèi)部結構的設計：

金字塔形：中心區(qū)域氣流速度接近零，導致薄膜出現(xiàn)渾濁白色區(qū)域。

漏斗形：邊緣產(chǎn)生渦流，干燥圖案不均勻。

風箱形：全場氣流分布均勻，無低速區(qū)或渦流，干燥效果最佳。

最終確定風箱形結構為最優(yōu)設計，能夠在0.79平方米的基底上形成均勻、穩(wěn)定的三維層流氣流。

完整的工藝流程為：前驅(qū)液配制 → 狹縫涂布成膜 → 層流干燥器干燥 → 真空退火結晶 → 封裝測試。其中，層流干燥器負責去除大部分溶劑并誘導均勻成核，后續(xù)真空退火則完成晶粒的進一步完善。

實驗驗證：層流干燥器的有效性

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不同干燥方法的空氣動力學與溶劑去除效果比較

溶劑去除能力：通過傅里葉變換紅外光譜分析，真空閃蒸干燥后的薄膜中仍可檢測到DMF和DMSO的殘留特征峰，而層流干燥器處理的薄膜則幾乎無溶劑殘留，光譜與無溶劑基線高度一致。這說明層流干燥器能夠提供持續(xù)、恒定的氣流，確保溶劑在整個干燥過程中徹底揮發(fā)。

薄膜均勻性：采用風箱形層流干燥器制備的薄膜顏色均勻、表面反光度高，厚度一致性良好；而其他結構則出現(xiàn)渾濁白色區(qū)域或不規(guī)則圖案，與模擬中的低流速區(qū)吻合。

抗老化性能：在60 kWh/m2的紫外加速老化測試中，層流干燥器處理的組件功率保持率為98.2%，而真空閃蒸組僅為70.7%。電致發(fā)光成像進一步顯示，前者老化后暗斑稀少，后者則出現(xiàn)大量暗斑和互聯(lián)暗區(qū)，表明薄膜發(fā)生嚴重降解。這一結果證實，徹底去除溶劑殘留對提升組件長期穩(wěn)定性至關重要。

量產(chǎn)數(shù)據(jù)：從實驗室走向工廠

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三種不同層流干燥器結構的仿真優(yōu)化與實驗結果

在連續(xù)15天的生產(chǎn)過程中，團隊共制造了14,527塊組件，單塊面積為0.7906平方米，平均輸出功率為111.4 W，對應全面積效率14.1%。其中98.5%的組件功率波動在平均值±2.5%以內(nèi)，展現(xiàn)出優(yōu)異的生產(chǎn)一致性。冠軍組件實現(xiàn)了15.0%的認證效率（118 W），并順利通過IEC 61215、IEC 61730和IEC TS 63209-1三項國際電工委員會標準測試，具備商業(yè)化應用資格。

戶外實證：0.5 MWp系統(tǒng)一年運行數(shù)據(jù)

鈣鈦礦太陽能組件性能與戶外運行數(shù)據(jù)

為驗證真實環(huán)境下的性能，團隊在浙江省衢州市建設了一座0.5 MWp的鈣鈦礦光伏系統(tǒng)，并與同址的PERC硅基系統(tǒng)進行對比。該地區(qū)屬亞熱帶季風氣候，夏季高溫可達40°C以上。

運行一年后的數(shù)據(jù)顯示：

單位裝機容量能量產(chǎn)出：鈣鈦礦系統(tǒng)比硅基系統(tǒng)高出29%。

溫度系數(shù)：鈣鈦礦組件的溫度系數(shù)優(yōu)于硅組件，在高溫條件下功率衰減更小，利用性能更高。

這一優(yōu)勢在夏季尤為明顯，說明鈣鈦礦組件在亞熱帶及熱帶地區(qū)具有顯著的發(fā)電優(yōu)勢。

在穩(wěn)定性方面，鈣鈦礦組件第一年平均衰減率約為2%，略高于硅組件的0.5–1.5%?；诩铀倮匣瘮?shù)據(jù)外推，其T90壽命約為9年。盡管與硅組件仍有差距，但已具備商業(yè)化應用的基礎。

產(chǎn)業(yè)意義：鈣鈦礦商業(yè)化的里程碑

鈣鈦礦組件利用性能的溫度系數(shù)與光致增益分析

發(fā)電量預測與穩(wěn)定性分析

技術層面：層流干燥器成功將旋涂工藝中均勻?qū)α鞲稍锏臋C制移植到平方米級產(chǎn)線，解決了大面積成膜不均的核心工藝瓶頸。同時，該技術能夠兼容高沸點溶劑和復雜添加劑，為后續(xù)通過化學工程手段提升性能留出空間，這是真空閃蒸工藝難以實現(xiàn)的。

制造層面：層流干燥器提供了一套可復制、可擴展的標準解決方案，使鈣鈦礦從“手工作坊式”研發(fā)轉向工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)成為可能。萬級組件量產(chǎn)數(shù)據(jù)、兆瓦級電站一年戶外實證、三項IEC國際標準認證，構成了扎實的產(chǎn)業(yè)化驗證體系。

市場層面：在亞熱帶及熱帶地區(qū)，鈣鈦礦憑借溫度系數(shù)優(yōu)勢，實際發(fā)電量顯著優(yōu)于硅組件。這為企業(yè)提供了明確的市場切入方向——不必在所有場景下與硅基正面競爭，而是優(yōu)先占領高溫氣候市場。

設備投資方向：未來應重點關注層流氣流控制系統(tǒng)、溶劑回收與環(huán)保處理裝置、在線質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)（如電致發(fā)光/光致發(fā)光成像、厚度檢測）以及智能化工藝控制軟件的開發(fā)與集成。

產(chǎn)能演進路徑：短期（1–2年）優(yōu)化現(xiàn)有產(chǎn)線，將良率提升至99%以上，成本降至0.3美元/瓦以下；中期（3–5年）擴大組件面積至1.5–2.0平方米，建設百兆瓦級產(chǎn)線；長期（5–10年）布局吉瓦級產(chǎn)能，與硅基形成互補競爭格局。

本研究的核心貢獻在于提出并驗證了一種專為大面積鈣鈦礦薄膜量產(chǎn)設計的干燥工藝。通過精密設計LAD的三維內(nèi)腔結構，研究團隊成功地將旋涂工藝的精準性與狹縫涂布的可擴展性融為一體——前者貢獻了均勻?qū)恿鞲稍锏某赡ぞ?，后者提供了適應工業(yè)節(jié)拍的大面積連續(xù)涂布能力。效率記錄的突破（15% at 7906 cm2）證明了LAD工藝在技術上的可行性；14,527塊組件的量產(chǎn)驗證（98.5%良率）則證明了其工程上的可重復性；三套IEC標準測試的全部通過，則為技術的工業(yè)化應用掃清了認證門檻。29%的實證發(fā)電增益并非來自某一單一因素，而是鈣鈦礦材料低溫度系數(shù)特性在亞熱帶實際氣候中的系統(tǒng)性體現(xiàn)——高溫時功率損失更少，甚至（在未穩(wěn)定狀態(tài)下）功率隨溫升而增加，使得全年累計發(fā)電量的優(yōu)勢顯著高于STC效率比較所隱含的預期。這一發(fā)現(xiàn)對于指導光伏系統(tǒng)設計和投資決策具有重要的實踐意義。

美能大平臺鈣鈦礦電池PL測試儀

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大平臺鈣鈦礦電池PL測試儀通過非接觸、高精度、實時反饋等特性，系統(tǒng)性解決了太陽能電池生產(chǎn)中的速度、良率、成本、工藝優(yōu)化與穩(wěn)定性等核心痛點，并且結合AI深度學習，實現(xiàn)全自動缺陷識別與工藝反饋。

PL高精度成像：采用線掃激光，成像精度＜75um/pix（成像精度可定制）

支持 16bit 顏色灰度：同時清晰呈現(xiàn)高亮區(qū)域（如無缺陷區(qū)）與低亮區(qū)域（如缺陷暗斑）

高速在線PL檢測缺陷：檢測速度≤2s，漏檢率；誤判率

AI缺陷識別分類訓練：實現(xiàn)全自動缺陷識別與工藝反饋

美能大平臺鈣鈦礦電池PL測試儀采用無接觸式測試方式，可實時監(jiān)測鈣鈦礦電池各工藝段中的薄膜質(zhì)量異常，精準定位單結及疊層電池中的缺陷分布。

原文參考：3D laminar flow–assisted crystallization of perovskites for square meter–sized solar modules