实验室中频繁爆出世界记录的钙钛矿电池什么时候可以产业化？ 到底押哪条路线？

钙钛矿（光伏））电池是什么？
很多人误以为钙钛矿是单一材料，其实不然。
最初的钙钛矿特指化学式为CaTiO3的无机物，如今光伏领域所说的钙钛矿，是广义上具有ABX3特殊晶体结构的化合物，结构灵活、可设计性极强。

ABX3晶体结构图
其核心组成结构分工清晰：
A离子一般可选择甲胺（CH3NH3+，即MA+）、甲脒（NH2-HC=NH2+，即FA+）和Cs+等一价阳离子;
B可选择的有亚铅离子（Pb2+）、亚锡离子（Sn2+）和亚锗离子（Ge2+）等二价阳离子;
X可选择的有碘离子（I-），溴离子（Br-）和氯离子（Cl-）等卤素阴离子。
目前产业化主流选用MAPbI3等有机-无机混合钙钛矿材料，这套材料体系让钙钛矿电池拥有了传统电池不具备的量产优势：原材料储备极其丰富，前驱体溶液配制工艺简单，对试剂纯度要求低，从源头控制了生产成本，具备大规模普及的基础条件。
完整的钙钛矿太阳电池由五层结构组成，分别为透明导电层、电子传输层、钙钛矿层、p型导电层和金属背电极。其中，钙钛矿层（即钙钛矿薄膜）的高质量制备是提高钙钛矿太阳电池光电转换效率的关键。

钙钛矿电池产业化的核心难点，是兼顾大面积、高效率、高稳定性、低成本的薄膜制备。适配大面积量产的钙钛矿薄膜制备工艺主要包括刮刀涂布法、狭缝涂布法、喷墨打印法和丝网印刷法。

刮刀涂布法是1种高效且适用于规模化制备钙钛矿薄膜的技术，其制备流程为：首先将钙钛矿前驱体溶液均匀地涂覆在基底上；然后使用刮刀将溶液刮平，形成涂层；接着将基底加热，以促进溶液中溶剂的蒸发和钙钛矿晶体的形成；最后进行退火处理，以优化钙钛矿薄膜的结晶度，以及光学和电学性能。

刮刀涂布法具有节省原材料、设备清洗方便、工艺简单的优点，且此方法可以通过调整刮涂速率和缝隙间距等参数来调节钙钛矿薄膜的厚度和质量。此外，由于该方法制备的钙钛矿薄膜拥有大尺寸晶粒，有助于提高钙钛矿太阳电池的发电性能。当然，由于刮刀涂布法通常在敞开环境下操作，溶液在基底上的分布可能会出现不均匀的现象，会影响所制备薄膜的均匀性。

狭缝涂布法作为广泛应用于固溶处理涂布的技术，在钙钛矿薄膜制备中展现出显著优势。该方法制备钙钛矿薄膜时的主要流程为：首先配制钙钛矿前驱体溶液；然后使用狭缝涂布机将溶液涂布在基底上，通过控制涂布速度和厚度，形成均匀的湿膜；最后通过干燥过程使溶液中溶剂挥发，形成钙钛矿薄膜。

狭缝涂布法具有涂布速度快、膜厚一致性好、涂液粘度范围广、涂布缺陷少(闭环系统)、涂液利用率高，且能同时进行多层涂布的优点。此外，该方法可以兼容卷对卷生产工艺，是实现钙钛矿太阳电池产业化生产的重要方法，尤其适用于大面积钙钛矿薄膜的制备。尽管狭缝涂布法在材料利用率和设备兼容性方面具有一定优势，但其设备成本相对较高，且在处理复杂的钙钛矿配方时，设备的兼容性和调整难度较大。

喷墨打印法是1种采用喷墨打印机打印钙钛矿薄膜的技术，但其以钙钛矿前驱体溶液作为墨水。该方法制备钙钛矿薄膜的主要流程为：利用脉冲电压控制喷墨打印机的喷头，将钙钛矿前驱体溶液精准喷射到基底的特定位置上，然后挥发溶液中溶剂后形成钙钛矿薄膜。

喷墨打印法的优势在于操作简便、成本效益高、具有强大的图案化能力，非常适合制备高分辨率的大面积钙钛矿薄膜。该方法制备得到的钙钛矿薄膜的质量与钙钛矿前驱体溶液和基底的性质密切相关，影响因素包括溶液的粘度、溶液与基底的相互作用等。

丝网印刷法被认为是钙钛矿薄膜制备方法中最简单、成本最低的方法之一，采用此方法制备钙钛矿薄膜时的流程为：

1）首先将钙钛矿材料溶解在特定的溶剂中，形成钙钛矿油墨，并将这种油墨倒在丝网印刷模具上；

2）用刮涂刀将钙钛矿油墨涂抹在丝网印刷模具的顶部，在刮刀的作用下，使钙钛矿油墨压入到与基底接触的丝网中，进而填满丝网，以点、线、面的印刷形式覆盖在基底上；

3）将丝网印刷模具抬起时，钙钛矿油墨从丝网印刷模具的缝隙处漏下，被留在基底上，形成大量钙钛矿液滴；

4）这些液滴流动并逐渐填补液桥缝隙，从而获得平整的钙钛矿薄膜。

当前，由于钙钛矿油墨存在粘度低和稳定性差的缺点，因此，利用丝网印刷法制备钙钛矿薄膜仍面临一定的挑战。