CN111282772A - 大面积钙钛矿太阳能电池组件用薄膜的涂布装置及涂布方法 - Google Patents

Abstract

本发明的大面积钙钛矿太阳能电池组件用薄膜的涂布装置及涂布方法，所述涂布装置包括：底座；涂布平台，安装于所述底座上，所述涂布平台的上表面供固定钙钛矿太阳能电池组件的基板；涂布头，可沿涂布方向移动地安装于所述底座上，且所述涂布头沿垂直于涂布方向设置，所述涂布头位于所述涂布平台的上方，供在所述基板的表面涂布用以形成薄膜的溶液；距离传感器，设置于所述涂布头的两端；其中，所述涂布头和所述基板之间的局部间距连续可调。利用这种涂布设备，对比常用的方式，本发明可以提高大面积厚基板上成膜均一性，参数稳定可控。

Description

大面积钙钛矿太阳能电池组件用薄膜的涂布装置及涂布方法

技术领域

本发明涉及一种新型涂布装置及涂布方法，具体涉及一种大面积钙钛矿太阳能电池领域中在基板厚度误差容忍性较高的表面上涂布溶液形成薄膜的装置及方法。

背景技术

在过去几年里，钙钛矿太阳能电池因其突出的优点而发展迅速，钙钛矿太阳能电池制作简单、成本较低，可制备柔性、透明电池。同时，其还具有较为适宜的带隙宽度，可通过改变其带隙来控制电池的颜色，制备彩色电池。再者，其电荷扩散长度高达微米级，电荷寿命较长。另外，其独特的缺陷特性，使钙钛矿晶体材料既可呈现n型半导体的性质，也可呈现p型半导体的性质，因而其应用更加多样化。因此，钙钛矿太阳能电池及相关材料已成为光伏领域研究方向，目前获得了超过25%的光电转换效率，能大幅降低太阳能电池的使用成本，应用前景十分广阔。

钙钛矿太阳能电池主要由空穴阻挡层、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和对电极组成。

目前普遍认为，钙钛矿电池各层的薄膜质量是整个电池的关键，其平整和致密直接影响其电子迁移率、电子寿命和光电转换性能，制作工艺的重要性可想而知。

目前主流的大面积电池涂布装置主要是非接触式涂布，例：专利文献1狭缝涂布、专利文献2棒涂布。目前涂布装置中，几乎都采用大理石等硬质平台，保证平台水平度以及设备工作时稳定性，但是钙钛矿电池目前还没有完全柔性化，大部分基底采用的仍是刚性基底，例如导电玻璃。导电玻璃厚度的加工精度虽然很高，可以达到±0.05毫米，但是对于纳米级厚度的钙钛矿吸各层薄膜來說，这个误差非常大。非接触式涂布对薄膜厚度影响因素主要在于：1涂布速度，2涂布液量、3涂布头与基板的间隙。涂布前进行间隙调整，可以保证局部地间隙可控，但大理石平台的平整度却弥补不了刚性基底的加工误差，无法保证大面积涂布时，涂布头与基底之间的间隙处处相等；而且基于大理石平台的涂布，进行图案化涂布，难以自动精准对齐基底和涂布头。

现有技术文献：

专利文献：

专利文献1：中国专利公开CN108816641A；

专利文献2：中国专利公开CN108580174A。

发明内容

发明要解决的问题：

鉴于以上存在的问题，本发明所要解决的技术问题在于提供一种自动调整涂布间隙以及涂布位置的涂布装置。

解决问题的手段：

为了解决上述技术问题，本发明的大面积钙钛矿太阳能电池组件用薄膜的涂布装置，包括：

底座；

涂布平台，安装于所述底座上，所述涂布平台的上表面供固定钙钛矿太阳能电池组件的基板；

涂布头，可沿涂布方向移动地安装于所述底座上，且所述涂布头沿垂直于涂布方向设置，所述涂布头位于所述涂布平台的上方，供在所述基板的表面涂布用以形成薄膜的溶液；

距离传感器，设置于所述涂布头的两端；

其中，所述涂布头和所述基板之间的局部间距连续可调。

又，在本发明中，也可以是，所述涂布头的两端通过涂布头高度调整器安装于所述底座从而相对于所述底座高度连续可调，和/或所述涂布平台在涂布方向上的两侧通过平台高度调整器安装于所述底座从而相对于所述底座高度连续可调，以实现所述涂布头与所述基板之间沿涂布方向上的局部间距的调节。

又，在本发明中，也可以是，所述涂布头的两端通过涂布头高度调整器安装于所述底座从而相对于所述底座高度连续可调，和/或所述涂布平台在垂直于涂布方向上的两侧通过平台高度调整器安装于所述底座从而相对于所述底座高度连续可调，以实现所述涂布头与所述基板之间沿垂直于涂布方向上的局部间距的调节。

又，在本发明中，也可以是，所述涂布头高度调整器为液压或丝杆，和/或所述平台高度调整器为液压或丝杆。

又，在本发明中，也可以是，所述平台高度调整器沿所述涂布平台的边缘设置。

又，在本发明中，也可以是，所述底座的两侧沿涂布方向设有滑轨，所述滑轨位于所述涂布平台的两侧，且所述滑轨上滑设有滑动座，所述滑动座与所述涂布头的两端连接，实现所述涂布头可沿涂布方向移动地安装于所述底座上。

又，在本发明中，也可以是，所述涂布平台安装有视觉对位系统，包括互相连接的镜头、图像处理机以及供调整所述涂布平台位置的电机，通过所述图像处理机对所述镜头获取的图像进行处理从而确定所述涂布头相对于所述基板的位置偏差，并通过所述电机基于所述位置偏差调整涂布平台位置使得所述基板对齐所述涂布头。

又，在本发明中，也可以是，所述涂布平台安装有控温系统，包括布设于部分所述涂布平台内的加热器件、分布在所述涂布平台内部上表面且用于实时监控实测温度的热电偶以及连接于加热器件且供控制加热器件开启关闭的加热开关。

又，在本发明中，也可以是，所述距离传感器为激光传感器或笔式传感器。

根据本发明，通过视觉对位系统自动调节涂布平台的位置，从而调整已固定在涂布平台上的太阳能电池基板与涂布头的相对位置；涂布时，通过距离传感器感应基板到涂布头的局部间距，反馈后，自动调整此局部间距，确保在整个涂布中，基板到涂布头的局部间距保持一定，从而形成厚度均一的液膜。利用这种涂布设备，对比常用的方式，本发明可以提高大面积厚基板上成膜均一性，参数稳定可控。

本发明还提供一种根据权利要求1所述的大面积钙钛矿太阳能电池组件用薄膜的涂布装置的涂布方法，包括以下步骤：

步骤一：用激光刻蚀机或化学刻蚀法在基板上制作标记点；

步骤二：用清洗液清洗所述基板后吹干；

步骤三：通过真空或机械定位等方式将所述基板置于所述涂布平台上，设定涂布参数后启动所述涂布装置，利用视觉对位系统和所述标记点调整所述基板与所述涂布头的相对位置，然后进行溶液的涂布，在涂布过程中，所述距离传感器实时监测所述涂布头与所述基板之间的局部间距，且所述涂布平台和/或涂布头自动调节以使所述涂布头与所述基板之间的局部间距处处一致，涂布完成后进行热处理，即在所述基板的表面形成所需的薄膜。

附图说明

图1是本发明一实施形态中的涂布装置的俯视图；

图2是本发明一实施形态中的涂布装置的主视图；

图3是本发明一实施形态中的涂布平台的底视图；

图4是本发明另一实施形态中的涂布装置的俯视图；

图5是本发明另一实施形态中的涂布装置的主视图；

图6是利用本发明涂布装置制作成的钙钛矿太阳能电池的截面图；

附图标记：

1 涂布头

2 距离传感器

3 涂布平台

4 滑轨

5 底座

6 基板

7 视觉对位系统

7a 视觉对位固定架

8 平台距离调整器

9 涂布头高度调整器

10 标记点

11 刻蚀线

12 导电层

13 空穴阻挡层

14 电子传输层

15 钙钛矿吸光层

16 空穴传输层

17 对电极。

具体实施方式

以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，附图和下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。

本发明能够提供一种容易操作，设备成本低廉，利于产业化，且适用于在大面积硬性基底上进行涂布的工艺及装置。根据下述具体实施方式并参考附图，将更好地理解本发明的上述内容及其目的、特征和优点。

如图1至图3所示，本发明为解决上述技术问题，提供一种钙钛矿太阳能电池组件中钙钛矿吸光层的涂布装置，适用于各种基板厚度以及对平整度要求较高的涂布作业，尤其适用于由于生产精度较低而厚度偏差较大的基板。该涂布装置具备：底座5；方形的涂布平台3，安装于底座5之上，涂布平台3的上表面用于通过机械定位或真空吸附固定钙钛矿太阳能电池组件的基板6；高度连续可调的平台高度调整器8，设于涂布平台3与底座5之间，用以调整涂布平台3的高度；涂布头1，设于涂布平台3的上方且沿垂直于涂布方向设置；距离传感器2，设于涂布头1的两端处且紧贴于涂布头1靠近涂布前进方向上的一侧，用于监测涂布头1与基板6之间的局部间距；滑轨4，沿涂布方向且对应于涂布头1的两端设置；涂布头高度调整器9，设于滑轨4和涂布头1之间，用于调整涂布头1的高度；以及用于在涂布前确认和调整涂布头1和涂布平台3的相对位置从而对齐涂布头1和涂布平台3上方的电池基板6的视觉对位系统7。需要说明的是，此处的“连续可调”是指能够以无极调节的形式进行调节。

视觉对位系统7安装于底座5，当基板6为透过率较佳的透明基板时，视觉对位系统7可以安装于基板6的上方或下方；而当基板6的透过率不佳时，视觉对位系统7安装在与标记点10相对于基板6同侧的位置。例如图2所示，由于标记点10位于基板6的下表面，所以视觉对位系统7安装于基板6的下方，且具体是安装于涂布平台3的下表面；或例如图5所示，由于标记点10位于基板6的上表面，所以视觉对位系统7安装于基板6的上方，且具体是通过立设于底座5上的视觉对位固定架7a安装。本实施形态中，视觉对位系统7采用CCD视觉对位系统，是一项已经成熟的产品，包括CCD相机、工业镜头、光源及图像处理机，通过用光源照亮对象并利用CCD相机和工业镜头进行拍照获取位于基板6四个角部的标记点10的图像，之后通过图像处理机分析图像。由于视觉对位系统7的镜头与涂布平台3的相对位置是已知的，通过对标记点10的图像进行位置运算，即可得到基板6相对于涂布平台3的实际位置，继而通过与预先设定的涂布头1相对于涂布平台3的位置进行对比，得到涂布头1与基板6的位置偏差。该视觉对位系统7还包括设置于涂布平台3且供调整涂布平台3位置的电机，通过电机基于该位置偏差调整涂布平台3的位置以使基板6与涂布头1对准，实现快速且高精度的定位。

上述的视觉对位固定架7a包括四根立柱和连接相邻立柱的四根横梁，如图4和图5所示，其中一对相对且平行的横梁（例如图4中上下的一对横梁）的两端可沿另一对相对且平行的横梁（例如图4中左右的一对横梁）平移，可移动的一对横梁上设有沿该横梁设置的丝杆，视觉对位系统7的四个镜头通过丝杆设置于该可移动的一对横梁，且镜头能够通过丝杆沿该横梁移动，由此可适用不同尺寸的基板。可移动的横梁不仅限于上例中的上下一对横梁，也可以采用上下一对横梁固定，而左右一对横梁可移动的方式。且视觉对位固定架7a的高度高于涂布头1以防止横梁移动时镜头与涂布头1发生碰撞。该视觉对位固定架7a适用于标记点10在基板6上方，且基板6透过率不佳的情况。需要说明的是，由于此处的视觉对位系统7的镜头并非直接安装在涂布平台3下，而视觉对位需要保证涂布平台3是和底座5的相对位置已知这个前提，因此视觉对位固定架7a更适用于以移动涂布头1的方式来进行涂布的情况。将视觉对位固定架7a应用于以移动涂布平台3的方式来进行涂布的情况也是可以的，但另外还要加设位置传感器来确认涂布平台3和底座5的关系。使用时，首先根据基板6的尺寸，将镜头的位置调整至可观察到标记点10的区域后固定，此时镜头相对于底座5的位置可知，由于涂布时涂布平台3不动，涂布头1移动，因此涂布平台3是和底座5的相对位置已知，从而得出镜头和涂布平台的相对位置，后续定位的步骤同上，不再赘述。

涂布平台3安装于底座5上。涂布头1安装于底座5上且位于涂布平台3的上方，涂布头1沿垂直于涂布方向设置且可沿涂布方向移动，以此在所述基板的表面涂布用以形成薄膜的溶液。距离传感器2设置于涂布头1的两端，用于监测涂布头1与基板6之间的局部间距，具体地，距离传感器2设置在涂布头1靠近涂布前进方向的一侧。且，该涂布头1与基板6之间的局部间距连续可调。在涂布过程中，涂布头1与涂布平台3沿涂布方向相对移动，通过距离传感器2实时监测涂布头1与基板6之间的局部间距，当局部间距过大或过小时对该局部间距进行调整，从而在整个涂布过程中涂布头1与基板6之间的间距处处相等，实现涂布的液膜厚度均一，继而经过处理得到厚度均一的薄膜。优选地，所述距离传感器为激光传感器或笔式传感器。优选地，涂布平台3的材质为聚四氟乙烯、或含氟塑料、不锈钢316、阳极氧化铝或钛合金。由于钙钛矿前驱体溶液具有化学腐蚀性，因此选用这些材质可以避免操作过程中底座被化学腐蚀。优选地，涂布头1的出液口不连续从而能够直接图案化涂膜。涂布头1为狭缝涂布头、刮板涂布头或丝棒涂布头。涂布头1由耐极性溶剂腐蚀、耐酸碱和强氧化还原剂的材质形成，可以选用玻璃、不锈钢316、阳极氧化铝、钛合金、聚四氟乙烯或含氟塑料。

涂布头高度调整器9设置于涂布头1的两端，在涂布头1沿涂布方向移动进行涂布作业的同时，涂布头高度调整器9使得涂布头1可在垂直于涂布平台3的方向上移动，且涂布头1两端的两个涂布头高度调节器9可分别根据其所对应的距离传感器2的检测结果而独立地进行高度调节。多个平台高度调整器8设置于涂布平台3的边缘处，且每个平台高度调整器8根据距离传感器2的检测结果可独立地进行高度调节。由于厚基板的厚度误差可达50微米以上，因此即使在涂布平台3表面水平时，基板6的涂布表面实际不一定处于水平，通常，不平整按涂布方向可能是前后高低差、左右高低差或中间与四周高低差，都为连续变化，且幅度是微米级的，因此需要在涂布过程中实时根据距离传感器2的检测结果进行基板6水平度的微调，两个距离传感器2均连接于一控制电脑，且控制电脑与每个涂布头高度调整器9和平台高度调整器8分别连接且对其进行控制。

具体地，当涂布头1两端的两个距离传感器2中的一个的检测结果与设定的参数不一致，则认为垂直于涂布方向上（即左右方向）存在不平，此时，优选采用调节涂布头高度调整器9，若检测结果大于设定的参数，则使涂布头1的对应端部的高度降低，反之若检测结果小于设定的参数，则使涂布头1的该端部的高度升高，直至该检测结果与设定的参数一致。除采用涂布头高度调整器9之外，也可以通过设置于涂布平台3在涂布方向上的两侧的平台高度调整器8对涂布平台3的高度进行调整来调整涂布头和基板之间的局部间距，并使检测结果与设定的参数一致。当涂布过程中两个距离传感器2的检测结果均与设定的参数不一致，则认为涂布方向上（即前后方向）存在不平，此时，优选采用调节平台高度调整器8，若检测结果大于设定的参数，则使涂布平台3在涂布方向上两侧的任一侧的高度升高，若检测结果小于设定的参数，则使涂布平台3在涂布方向上两侧的任一侧的高度降低。除采用平台高度调整器8之外，也可以通过设置于涂布头1两端的两个涂布头高度调整器9同步升高或降低而对涂布头1的高度进行调整来调整涂布头和基板之间的局部间距，并使检测结果与设定的参数一致。

通常，涂布头1与基板6之间的间距调节需要在沿涂布方向和沿垂直于涂布方向的两个方向上同时进行，因此，优选采用涂布头1的两端均相对于底座5高度连续可调，和/或涂布平台在上述两个方向上的四个端部均相对于底座5高度连续可调的方式，来设置该涂布装置。优选地，涂布头高度调整器9为液压或丝杆，和/或平台高度调整器8为液压或丝杆。本实施形态中，涂布平台3的形状为方形，平台高度调整器8设于方形的涂布平台3的四个角部，从而同时实现涂布头1与基板6之间沿涂布方向上和垂直于涂布方向上的局部间距的调节。

滑轨4沿涂布方向设置于底座5的两侧，且位于涂布平台3的两侧，滑轨4上滑设有滑动座，该滑动座连接于涂布头1的两端，实现涂布头1可沿涂布方向移动地安装于底座5上。涂布过程中，滑动座沿滑轨4滑动，使得涂布头1与涂布平台3沿滑轨4相对移动。优选地，涂布头1的两端通过涂布头高度调整器9安装于滑动座，从而同时实现涂布头1与基板6之间沿涂布方向上和垂直于涂布方向上的局部间距的调节。涂布头和/或涂布平台内安装有伺服电机，通过电脑控制该伺服电机使得涂布头1和涂布平台3沿滑轨4相对移动的速度连续可调，结合钙钛矿前驱体溶液量的调整从而控制液膜的厚度。所述涂布平台还安装有控温系统，控温系统包括布设于部分涂布平台内的加热器件、分布在平台内部上表面且用于实时监控实测温度的热电偶以及连接于加热器件且供控制加热器件开启关闭的加热开关，其中，加热器件为例如加热管，是可以直接购得的成熟的产品。加热开关可以是温度设定按钮或触屏。控温系统的设置使其适用于一些非常温涂布的钙钛矿前驱体溶液。进一步地，控温系统使涂布平台3温度均匀性±1℃，控温精度±1℃。

该实施形态中，基板6通过机械定位或真空吸附固定在涂布平台3上，通过视觉对位系统7自动校正基板6与涂布头1的相对位置，包括左右对齐以及角度偏转角对齐。随后涂布头1与涂布平台3沿滑轨4发生相对位移即开始涂布作业，涂布过程中，通过距离传感器2实时监测基板6与涂布头1之间的局部间距，反馈后通过自动调节平台距离调整器8和/或涂布头高度调整器9，使得整个涂布过程中，基板6与涂布头1之间的间距处处相等，从而形成厚度均匀的前驱体液膜，热处理后形成高质量钙钛矿薄膜，避免大面积硬性厚基底加工精度引起的涂布间隙误差。

如图1至图6所示，本发明大面积钙钛矿太阳能电池组件用薄膜的涂布装置的涂布方法包括以下步骤：

1）用激光刻蚀机或化学刻蚀法在导电基底上制作标记点10，便于后期定位与涂布头的相对位置。

2）用清洗液清洗导电基底后吹干，在所述导电基底的基板6上使用本发明涂布设备制作各层，依次包括空穴阻挡层13、电子传输层14、钙钛矿吸光层15、空穴传输层16和对电极17层。

3）制备方法：通过真空或机械定位等方式将基板6放在涂布平台3上，设定涂布参数，包括但不仅限于涂布间隙、涂布速度、涂布量，开启自动运行，视觉对位系统自动寻找基板6上的标记点10，调整基板6与涂布头1的相对位置，涂布平台3和/或涂布头1自动调节涂布间隙（即涂布头1与基板6之间的间距），并在涂布过程中通过距离传感器2实时反馈涂布间隙的变化，并以此为依据进一步进行涂布间隙的调节，从而制备均一的薄膜，随后退火。

其中，所述清洗液包括丙酮、碱洗涤剂、去离子水、丙酮并依次进行超声清洗；所述导电基底为FTO玻璃；所述空穴阻挡层为TiO₂致密层，通过包含钛酸四异丙酯、乙酰丙酮、盐酸、乙醇和水的钙钛矿前驱体溶液采用本发明涂布机制得；所述电子传输层通过涂布纳米二氧化钛浆料而成；所述空穴传输层通过涂布NiO_x而成、对电极通过涂布导电溶液而成；所述钙钛矿前驱体溶液是将碘化铅、CH₃NH₃I粉体以及二甲亚砜加入N,N-二甲基甲酰胺中搅拌而得的CH₃NH₃PbI₃钙钛矿前驱体溶液。

借助于此，丙酮和碱洗涤剂的交替使用可以有效除去表面污渍，包括油污和指纹等难清洗污物。又，FTO玻璃相较于其它透明导电玻璃，如ITO、AZO等，有更高的耐热性和耐化学稳定性。又，TiO₂致密层可以阻挡电池内部空穴在电流收集电极处与电子的复合，从而提高电池的光电转换效率。选用前驱体溶液，采用本发明涂布设备进行涂膜，薄膜致密、平整，且有利于成膜工艺的放大，适用于在大面积基板上涂膜。

以下结合具体实施例进一步详细说明本发明。

实施例1

1）用激光刻蚀机对基板6上的FTO导电层12进行刻蚀，形成标记点10，用于视觉对位，刻蚀线11区分电池正负极。

2）基板6清洗。分别用丙酮、碱洗涤剂、去离子水、丙酮超声清洗基板6十分钟，然后吹干。

3）TiO₂致密层的制备。在FTO导电层12上制备TiO2致密层（空穴阻挡层13），前驱体溶液溶剂为乙醇，其中包括以下成分：钛酸四异丙酯（0.3mol/L）、乙酰丙酮（0.45mol/L）、盐酸（0.09mol/L）、水（1.8mol/L）。吸取前驱体溶液，滴加于清洗干净的FTO基板上，使溶液铺满整个FTO表面，采用旋涂法成膜，旋涂速度3000rpm，时间20s。然后在马弗炉中510℃烧结30min。

4）TiO₂介孔层的制备。在TiO2致密层（空穴阻挡层13）上，丝网印刷纳米二氧化钛浆料制作TiO₂介孔层作为电子传输层14，然后在马弗炉中510℃烧结30min。

5）钙钛矿前驱体溶液的配置。量取461毫克碘化铅（PbI₂），159毫克CH₃NH₃I粉体，78毫克二甲亚砜混于600毫克N,N-二甲基甲酰胺（DMF），室温下搅拌1小时，形成CH₃NH₃PbI₃钙钛矿前驱体溶液。

6）钙钛矿吸光层的制备。使用本发明搭载涂布棒的涂布装置进行涂布。将基板6放在涂布平台3上，真空吸附固定、利用标记点自动对位，将前驱体溶液滴加在涂布头1和基板6之间，运行涂布装置，湿膜涂布完成后进行热处理，成为钙钛矿吸光层15。

7）空穴传输层的制备。在钙钛矿吸光层15上，丝网印刷NiO_x浆料作为空穴传输层16。

8）对电极的制备。在空穴传输层16上，用丝网印刷碳浆料作为对电极17，对电极17既接触了前一单元钙钛矿吸光层15，以及后一单元的导电层12，形成内部串联结构，得到串联结构的钙钛矿太阳能电池。

本发明可以同时满足以下2点市面上涂布机无法满足的要求：

1、厚基板的厚度会有误差，若是固定间隙的涂布，则涂布后的成品表面湿膜厚度各处不同，使用本发明涂布可保证涂布后的成品湿膜厚度更趋向于处处相等；

2、图案化涂布对基板和涂布头相对位置要求较高，通常是肉眼对位放置，精度差和耗时长，本发明通过视觉对位系统实现快速、高精度的定位从而弥补该问题。

实施例2

使用本发明涂布装置，分别制作TiO₂致密层、TiO₂介孔层、CH₃NH₃PbI₃吸光层、CuSCN空穴传输层和对电极。

涂布步骤的1）~2）与实施例1相同，此处不赘述。

3）TiO₂致密层的制备。在FTO导电层12上制备TiO2致密层（空穴阻挡层13），前驱体溶液溶剂为乙醇，其中包括以下成分：钛酸四异丙酯（0.3mol/L）、乙酰丙酮（0.45mol/L）、盐酸（0.09mol/L）、水（1.8mol/L）。使用本发明搭载丝棒涂布头的涂布装置进行涂布，采用刮涂法成膜，将基板6放在涂布平台3上，真空吸附固定、利用标记点自动对位，将前驱体溶液滴加在涂布头1和基板6之间，涂布速度5mm/s，涂布间隙0.3mm，滴液量200μL。然后在马弗炉中510℃烧结30min。

4）TiO₂介孔层的制备。在TiO2致密层（空穴阻挡层13）上，采用刮涂纳米二氧化钛悬浮液制作TiO₂介孔层作为电子传输层14，使用本发明搭载丝棒涂布头，将基板6放在涂布平台3上，真空吸附固定、利用标记点自动对位，将纳米二氧化钛悬浮液滴加在涂布头1和基板6之间，涂布速度5mm/s，涂布间隙0.3mm，滴液量200μL。然后在马弗炉中510℃烧结30min。

5）钙钛矿前驱体溶液的配置。量取461毫克碘化铅（PbI₂），159毫克CH₃NH₃I粉体，78毫克二甲亚砜混于600毫克N,N-二甲基甲酰胺（DMF），室温下搅拌1小时，形成CH₃NH₃PbI₃钙钛矿前驱体溶液。

6）钙钛矿吸光层的制备。使用本发明搭载刮板涂布头进行涂布，将基板6放在涂布平台3上，真空吸附固定、利用标记点自动对位，将前驱体溶液滴加在涂布头1和基板6之间，刮板涂布头与基板角度调节至10°，涂布速度2.5mm/s，涂布间隙0.3mm，滴液量160μl。运行涂布装置，湿膜涂布完成后进行热处理，成为钙钛矿吸光层15。

7）空穴传输层的制备。在钙钛矿吸光层15上，使用本发明搭载丝棒涂布头进行涂布，刮涂CuSCN的乙硫醚溶液作为空穴传输层16。将基板6放在涂布平台3上，真空吸附固定、利用标记点自动对位，将CuSCN的乙硫醚溶液滴加在涂布头1和基板6之间，涂布速度5mm/s，涂布间隙0.3mm，滴液量200μl。

8）对电极的制备。在空穴传输层16上，使用本发明搭载的丝棒涂布头进行涂布，刮涂碳浆料作为对电极17，将基板6放在涂布平台3上，真空吸附固定、利用标记点自动对位，碳浆料滴加在涂布头1和基板6之间，涂布速度2mm/s，涂布间隙0.3mm，滴液量200μl。对电极17既接触了前一单元钙钛矿吸光层15，以及后一单元的导电层12，形成内部串联结构，得到串联结构的钙钛矿太阳能电池。

实施例2中将本发明应用到了每一层涂布，实施例1中吸光层以外，用丝网印刷工艺制作，原料损耗是本发明的百倍，且厚度均一性无法保证。本实施例吸光层使用本发明搭载了刮板涂布头，此涂布头利用了液体表面张力，可以涂厚度更薄的湿膜。

对比例1

使用不带距离传感器的普通涂布装置进行涂布。具体涂布步骤与实施例1相同。从外观上看，根据本发明实施例1、2的涂布装置以及相应的涂布工艺制作的电池，吸光层正面颜色均匀无瑕疵，而对比例1的涂布装置制作的电池会有细小的纹理或色差。

由此证明本发明可以同时满足以下2点市面上涂布机无法满足的要求：

1、厚基板的厚度会有误差，若是固定间隙的涂布，则涂布后的成品表面湿膜厚度各处不同，使用本发明涂布可保证涂布后的成品湿膜厚度更趋向于处处相等；

2、图案化涂布对基板和涂布头相对位置要求较高，通常是肉眼对位放置，精度差和耗时长，本发明通过视觉对位系统实现快速、高精度的定位从而弥补该问题。

以上的具体实施方式对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应当理解的是，以上仅为本发明的一种具体实施方式而已，并不限于本发明的保护范围，在不脱离本发明的基本特征的宗旨下，本发明可体现为多种形式，因此本发明中的实施形态是用于说明而非限制，由于本发明的范围由权利要求限定而非由说明书限定，而且落在权利要求界定的范围，或其界定的范围的等价范围内的所有变化都应理解为包括在权利要求书中。凡在本发明的精神和原则之内的，所做出的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大面积钙钛矿太阳能电池组件用薄膜的涂布装置，其特征在于，包括：

底座；

涂布平台，安装于所述底座上，所述涂布平台的上表面供固定钙钛矿太阳能电池组件的基板；

涂布头，可沿涂布方向移动地安装于所述底座上，且所述涂布头沿垂直于涂布方向设置，所述涂布头位于所述涂布平台的上方，供在所述基板的表面涂布用以形成薄膜的溶液；

距离传感器，设置于所述涂布头的两端；

其中，所述涂布头和所述基板之间的局部间距连续可调。

2.根据权利要求1所述的大面积钙钛矿太阳能电池组件用薄膜的涂布装置，其特征在于，所述涂布头的两端通过涂布头高度调整器安装于所述底座从而相对于所述底座高度连续可调，和/或所述涂布平台在涂布方向上的两侧通过平台高度调整器安装于所述底座从而相对于所述底座高度连续可调，以实现所述涂布头和所述基板之间沿涂布方向上的局部间距的调节。

3.根据权利要求1所述的大面积钙钛矿太阳能电池组件用薄膜的涂布装置，其特征在于，所述涂布头的两端通过涂布头高度调整器安装于所述底座从而相对于所述底座高度连续可调，和/或所述涂布平台在垂直于涂布方向上的两侧通过平台高度调整器安装于所述底座从而相对于所述底座高度连续可调，以实现所述涂布头和所述基板之间沿垂直于涂布方向上的局部间距的调节。

4.根据权利要求2或3所述的大面积钙钛矿太阳能电池组件用薄膜的涂布装置，其特征在于，所述涂布头高度调整器为液压或丝杆，和/或所述平台高度调整器为液压或丝杆。

5.根据权利要求2或3所述的大面积钙钛矿太阳能电池组件用薄膜的涂布装置，其特征在于，所述平台高度调整器沿所述涂布平台的边缘设置。

6.根据权利要求1所述的大面积钙钛矿太阳能电池组件用薄膜的涂布装置，其特征在于，所述底座的两侧沿涂布方向设有滑轨，所述滑轨位于所述涂布平台的两侧，且所述滑轨上滑设有滑动座，所述滑动座与所述涂布头的两端连接，实现所述涂布头可沿涂布方向移动地安装于所述底座上。

7.根据权利要求1所述的大面积钙钛矿太阳能电池组件用薄膜的涂布装置，其特征在于，所述涂布平台安装有视觉对位系统，包括互相连接的镜头、图像处理机以及供调整所述涂布平台位置的电机，通过所述图像处理机对所述镜头获取的图像进行处理从而确定所述涂布头相对于所述基板的位置偏差，并通过所述电机基于所述位置偏差调整涂布平台位置使得所述基板对齐所述涂布头。

8.根据权利要求1所述的大面积钙钛矿太阳能电池组件用薄膜的涂布装置，其特征在于，所述涂布平台安装有控温系统，包括布设于部分所述涂布平台内的加热器件、分布在所述涂布平台内部上表面且用于实时监控实测温度的热电偶以及连接于所述加热器件且供控制所述加热器件开启关闭的加热开关。

9.根据权利要求1所述的大面积钙钛矿太阳能电池组件用薄膜的涂布装置，其特征在于，所述距离传感器为激光传感器或笔式传感器。

10.一种根据权利要求1所述的大面积钙钛矿太阳能电池组件用薄膜的涂布装置的涂布方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：用激光刻蚀机或化学刻蚀法在基板上制作标记点；

步骤二：用清洗液清洗所述基板后吹干；

步骤三：通过真空或机械定位等方式将所述基板置于所述涂布平台上，设定涂布参数后启动所述涂布装置，利用视觉对位系统和所述标记点调整所述基板与所述涂布头的相对位置，然后进行溶液的涂布，在涂布过程中，所述距离传感器实时监测所述涂布头与所述基板之间的局部间距，且所述涂布平台和/或涂布头自动调节以使所述涂布头与所述基板之间的局部间距处处一致，涂布完成后进行热处理，即在所述基板的表面形成所需的薄膜。

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