钙钛矿太阳能电池：理想用于沉积钙钛矿吸光层、电子传输层和空穴传输层，其高均匀性对效率和稳定性

至关重要。

　　超声喷涂机在钙钛矿功能层沉积中的应用与核心价值

　　钙钛矿材料凭借高光吸收系数、优异的载流子迁移率及可溶液加工特性，已成为新一代光伏、光电探测等

器件的核心候选材料。这类器件的性能与稳定性，高度依赖于吸光层、电子传输层、空穴传输层这三大功能层的

沉积质量，而超声喷涂机作为一种高效的溶液沉积设备，正凭借其独特的工艺优势，成为这三类功能层制备的

关键工具，其实现的高均匀性薄膜，更是保障器件高效运行与长期稳定的核心前提。

　　超声喷涂机的工艺优势：破解传统沉积难题

　　在钙钛矿功能层制备中，传统溶液沉积工艺（如旋涂）虽操作简便，却存在难以突破的局限。一方面，

旋涂过程中大量前驱体溶液因离心力被甩出，材料利用率通常不足30%，既增加成本，又造成环境污染；

另一方面，旋涂在大面积基板上易出现“边缘效应”，即基板边缘薄膜厚度明显薄于中心区域，均匀性

偏差常超过15%，无法满足规模化器件对性能一致性的要求。

　　超声喷涂机则通过全新的工艺逻辑破解了这些问题。其核心原理是利用高频超声振动（频率通常在20kHz以上），

将功能层前驱体溶液雾化成直径仅2-10微米的微小液滴，这些液滴在低压气流驱动下，均匀喷洒至预热的基板表面，

随后快速干燥、结晶形成薄膜。整个过程中，材料利用率可提升至80%以上，且通过精准控制喷涂头移动轨迹、

雾化压力与基板温度，能有效避免边缘效应，即使在大面积基板上，薄膜厚度偏差也可控制在±5%以内，为功能

层均匀性奠定基础。

　　超声喷涂机沉积钙钛矿功能层-沉积钙钛矿吸光层、电子传输层

　　功能层沉积：超声喷涂机的精准适配场景

　　超声喷涂机并非简单的“通用设备”，而是针对不同功能层的特性，通过工艺参数优化，实现针对性的高质量

沉积，每一类功能层的均匀性，都直接关联器件核心性能。

　　1.钙钛矿吸光层：均匀性决定光生载流子效率

　　吸光层是钙钛矿器件捕获光子、产生光生载流子的“核心区”，其薄膜厚度与组分均匀性，直接决定光吸收效率

与载流子生成效率。若吸光层存在局部过厚，载流子在传输至电极的过程中，会因路径变长、碰撞概率增加，导致

复合损耗升高；若局部过薄，则会出现光子未被充分吸收就穿透薄膜的问题，两者均会大幅拉低器件光电转换效率。

　　超声喷涂机在吸光层沉积中，可通过三重参数调控实现均匀性：一是调节雾化压力，控制液滴粒径一致性，避免

大液滴导致的局部堆积；二是设定喷涂头匀速移动路径，确保基板每一处都获得相同的液滴覆盖量；三是匹配前驱体

溶液浓度与基板温度，控制结晶速率，避免局部结晶过快形成的组分不均。通过这套组合调控，超声喷涂机可制备出

厚度均一、结晶完整的吸光层，确保全基板范围内光子被均匀吸收，载流子生成效率最大化。

　　2.电子传输层：均匀性降低漏电流风险

　　电子传输层位于吸光层与负极之间，核心作用是“快速抽运”吸光层产生的电子，并阻挡空穴向负极迁移，其

薄膜的致密性与均匀性，直接影响器件漏电流与电荷分离效率。传统工艺制备的电子传输层（如金属氧化物层），

易因液滴团聚出现针孔或局部厚度偏差，这些缺陷会成为“电荷复合通道”——空穴与电子未到达电极就提前复合，

产生严重漏电流，导致器件填充因子（衡量电荷收集效率的关键指标）下降。

　　超声喷涂机在电子传输层沉积中，通过高频雾化将金属氧化物溶液分解为超细液滴，这些液滴在基板表面铺展

时可自然填充微小缝隙，形成连续无针孔的致密薄膜；同时，通过实时监测基板不同区域的薄膜厚度，动态调整

喷涂头停留时间，确保传输层厚度在全区域内一致。这种均匀性不仅能阻断电荷复合通道，还能降低电子传输阻抗，

让电子无损耗地传输至负极，显著提升器件电荷分离效率。

　　3.空穴传输层：均匀性保障电荷抽取完整性

　　空穴传输层与电子传输层功能互补，位于吸光层与正极之间，负责抽取并传输空穴，其均匀性同样是器件性能的

“关键拼图”。若空穴传输层存在局部缺陷（如薄区、裂痕），空穴在传输过程中会因路径受阻，无法到达正极而

与电子复合，造成载流子损耗；而过厚的区域则会增加空穴传输阻抗，降低传输速度。

　　超声喷涂机在空穴传输层沉积中，可通过优化干燥工艺实现均匀性：雾化后的液滴喷洒至基板后，基板会被

精准加热至特定温度，使溶剂缓慢挥发，避免因干燥过快导致的薄膜收缩不均；同时，喷涂头采用“交叉式路径”

设计，确保每一处区域都被液滴多次均匀覆盖，形成厚度一致、界面接触良好的传输层。这种均匀性不仅能减少

空穴传输损耗，还能优化吸光层与正极的界面接触，进一步提升器件整体光电转换效率。

　　高均匀性的核心价值：效率与稳定性的双重保障

　　对钙钛矿器件而言，超声喷涂机实现的高均匀性，并非“工艺细节”，而是决定器件性能上限与使用寿命的

“核心要素”，其价值体现在效率与稳定性两个维度。

　　在效率层面，均匀的功能层能最大限度减少载流子损耗。吸光层的均匀性确保光子被充分吸收，避免

“吸收不足”或“复合过剩”；电子与空穴传输层的均匀性则打通电荷传输通道，避免因缺陷导致的电荷复合。

三者协同作用，可将器件光电转换效率提升至实验室最优水平的90%以上，且在大面积器件中，能有效避免

“小面积高效、大面积失效”的问题，保障规模化生产的性能一致性。

　　在稳定性层面，均匀性是抵御外界侵蚀的“第一道防线”。不均匀的薄膜在长期使用中，会因热膨胀系

数差异产生局部应力——厚区与薄区的热收缩程度不同，易导致薄膜开裂或与基板剥离，形成水汽、氧气渗透

的“通道”。外界水汽与氧气进入器件内部后，会与钙钛矿材料发生化学反应，导致其组分降解，器件性能在

数月内就可能衰减50%以上。而超声喷涂机制备的高均匀性薄膜，结构更稳定，应力分布均匀，能有效阻挡水

汽与氧气入侵，使器件使用寿命从数月延长至数年，为钙钛矿器件的产业化应用扫清关键障碍。

　　超声喷涂机在钙钛矿功能层沉积中的应用，不仅解决了传统工艺的痛点，更通过高均匀性为器件效率与

稳定性提供了双重保障。在钙钛矿技术产业化的进程中，超声喷涂机将成为核心装备之一，推动新一代光电器

件从实验室走向实际应用。