CN111312903A - 两步法卷对卷制备钙钛矿薄膜的连续制备装置及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了两步法卷对卷制备钙钛矿薄膜的连续制备装置及工艺，包括有沿基材传输方向依次设置的基材放卷装置、无机组分涂布装置、无机组分干燥退火装置、有机组分涂布装置、有机组分干燥退火装置、保护膜装置以及收卷装置；所述基材放卷装置包括有放卷轴，所述收卷装置包括有收卷轴；所述无机组分干燥退火装置与有机组分干燥退火装置均包括有箱体以及设置在所述箱体内的加热装置，所述保护膜装置包括有保护膜背辊以及与所述保护膜背辊对应设置的保护膜执行机构，实现钙钛矿薄膜在柔性基材上的规模化生产。
Description
技术领域
本发明涉及光伏电池技术领域，具体涉及两步法卷对卷制备钙钛矿薄膜的连续制备装置及工艺。
背景技术
钙钛矿太阳能电池经过短短几年的发展，其性能已经超过了近十年来太阳能电池中使用的半导体化合物(如CdTe和CIGS(铜铟镓硒))的最高效率。钙钛矿薄膜可以通过简单且廉价的溶液涂布工艺制备，在商业化太阳能电池上有着巨大的潜力。
钙钛矿薄膜的制备工艺主要有一步法和两步法。一步法涉及到溶剂挥发和钙钛矿结晶同时进行又相互影响，工艺窗口要求严格，工艺可重复性和稳健性差，容易产生均匀性差及孔洞等问题，不利于规模化生产。两步法工艺窗口较宽，工艺可重复性比一步法有明显优势，有利于规模化生产
目前，两步法多采用平板涂布在刚性基体上制作钙钛矿薄膜。平板涂布为非连续涂布，工艺重复性控制难度大，生产效率较卷对卷涂布要低很多。另外，刚性基体限制了钙钛矿太阳能电池的应用场景，现有技术存在改进之处。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了两步法卷对卷制备钙钛矿薄膜的连续制备装置，实现钙钛矿薄膜在柔性基材上的规模化生产。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：两步法卷对卷制备钙钛矿薄膜的连续制备装置，包括有沿基材传输方向依次设置的基材放卷装置、无机组分涂布装置、无机组分干燥退火装置、有机组分涂布装置、有机组分干燥退火装置、保护膜装置以及收卷装置；所述基材放卷装置包括有放卷轴，所述收卷装置包括有收卷轴；所述无机组分干燥退火装置与有机组分干燥退火装置均包括有箱体以及设置在所述箱体内的加热装置，所述保护膜装置包括有保护膜背辊以及与所述保护膜背辊对应设置的保护膜执行机构。
本发明进一步设置为：所述保护膜执行机构包括有与所述保护膜背辊对应设置的胶辊以及有用保护膜放卷的保护膜放卷辊，保护膜经所述胶辊压合在所述保护膜背辊上。
本发明进一步设置为：所述保护膜执行机构包括有与所述保护膜背辊对应设置的保护膜涂布头，所述保护膜涂布头朝向基材一侧涂布保护液；所述保护膜装置与所述收卷装置之间还设置有保护层固化装置，所述保护层固化装置包括有固化箱体以及设置在所述固化箱体内的固化组件。
本发明进一步设置为：所述固化组件为热风固化组件、红外固化组件、UV固化组件或EBC固化组件的一种或多种组合。
本发明进一步设置为：所述放卷装置为单工位或双工位，所述放卷轴为主动放卷或被动放卷，所述放卷轴的转向为顺时针设置和/或逆时针设置，所述收卷装置与所述卷装置对应设置。
本发明进一步设置为：所述涂布背辊为刚辊。
本发明进一步设置为：所述加热装置为红外加热和/或热风加热，所述箱体的长度根据工艺需要的干燥时间和基材传输速度共同确定。
本发明进一步设置为：无机组分涂布装置、有机组分涂布装置为狭缝涂布、微凹版涂布、转移涂布、喷涂或刮涂中的一种。
本发明进一步设置为：所述无机组分涂布装置采用微凹版涂布，所述有机组分涂布采用狭缝涂布。
本发明还提供了两步法卷对卷制备钙钛矿薄膜的连续制备工艺，采用上述的连续制备装置进行生产，包括有以下步骤：
S1、基材由所述放卷轴旋转放出，经过所述无机组分涂布装置，完成基材上无机组分的涂布；
S2、基材进入所述无机组分干燥退火装置内进行干燥和退火，并进入所述有机组分涂布装置内；
S3、基材通过所述有机涂布装置在无机组分上涂布有机组分，并进入所述有机组分干燥退火装置内，基材进入所述箱体内进行退火，钙钛矿晶体进一步形成并生长，最终形成结晶均匀、良好的钙钛矿薄膜；
S4、基材进入保护膜装置内，保护膜装置在钙钛矿薄膜表面覆盖一层具有保护作用的膜层；
S5、基材经收卷辊完成收卷；
其中S2、S3中的基材在所述无机组分干燥退火装置、所述有机组分干燥退火装置内的时间由所述箱体的长度参数控制，基材的干燥程度和退火程度由所述加热装置的温度参数控制。
综上所述，本发明具有以下效果：
通过无机涂布装置、有机涂布装置分步骤在基材上无机组分和有机组分，并分别通过对应的机组分干燥退火装置、有机组分干燥退火装置进行干燥和退火，保证无机组分、有机组分各个组分的稳定性，保护膜装置能够在钙钛矿薄膜表面上形成具有保护功能的膜层，降低在后续工序中钙钛矿薄膜发生损伤的风险。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为第一种连续制备装置的结构示意图；
图2为第一种连续制备装置的生产流程图；
图3为第二种连续制备装置的结构示意图；
图4为第二种连续制备装置的生产流程图；
图5为两步法卷对卷制备钙钛矿薄膜的连续制备工艺的流程图。
图中：1、基材；2、基材放卷装置；21、放卷轴；22、支撑辊；3、无机组分涂布装置；31、涂布槽；31、涂布辊；4、无机组分干燥退火装置；5、有机组分涂布装置；51、涂布背辊；52、狭缝模头；6、有机组分干燥退火装置；7、保护膜装置；71、保护膜背辊；72、胶辊；73、保护膜；74、保护膜放卷辊；75、保护膜涂布头；8、收卷装置；81、收卷辊；9、保护层固化装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
如图1和图2所示，两步法卷对卷制备钙钛矿薄膜的连续制备装置，包括有沿基材传输方向依次设置的基材放卷装置、无机组分涂布装置、无机组分干燥退火装置、有机组分涂布装置、有机组分干燥退火装置、保护膜装置以及收卷装置；所述基材放卷装置包括有放卷轴，所述收卷装置包括有收卷轴和用于基材传输的支撑辊；所述无机组分干燥退火装置与有机组分干燥退火装置均包括有箱体以及设置在所述箱体内的加热装置，所述保护膜装置包括有保护膜背辊以及与所述保护膜背辊对应设置的保护膜执行机构。
所述保护膜执行机构包括有与所述保护膜背辊对应设置的胶辊以及有用保护膜放卷的保护膜放卷辊，保护膜经所述胶辊压合在所述保护膜背辊上；结合图3和图4所示，所述保护膜执行机构还可以包括有与所述保护膜背辊对应设置的保护膜涂布头，所述保护膜涂布头朝向基材一侧涂布保护液；所述保护膜装置与所述收卷装置之间还设置有保护层固化装置，所述保护层固化装置包括有固化箱体以及设置在所述固化箱体内的固化组件，本方案中的所述固化组件为热风固化组件、红外固化组件、UV固化组件或EBC固化组件的一种或多种组合。
进一步的，所述放卷装置为单工位或双工位，所述放卷轴为主动放卷或被动放卷，所述放卷轴的转向为顺时针设置和/或逆时针设置，所述收卷装置与所述卷装置对应设置。
进一步的，所述涂布背辊为刚辊。
进一步的，所述加热装置为红外加热和/或热风加热，所述箱体的长度根据工艺需要的干燥时间和基材传输速度共同确定。
进一步的，无机组分涂布装置、有机组分涂布装置为狭缝涂布、微凹版涂布、转移涂布、喷涂或刮涂中的一种。
进一步的，所述无机组分涂布装置采用微凹版涂布，所述有机组分涂布采用狭缝涂布。
结合图5所示，两步法卷对卷制备钙钛矿薄膜的连续制备工艺，采用上述的连续制备装置进行生产，包括有以下步骤：
S1、基材由所述放卷轴旋转放出，经过所述无机组分涂布装置，完成基材上无机组分的涂布；
S2、基材进入所述无机组分干燥退火装置内进行干燥和退火，并进入所述有机组分涂布装置内；
S3、基材通过所述有机涂布装置在无机组分上涂布有机组分，并进入所述有机组分干燥退火装置内，基材进入所述箱体内进行退火，钙钛矿晶体进一步形成并生长，最终形成结晶均匀、良好的钙钛矿薄膜；
S4、基材进入保护膜装置内，保护膜装置在钙钛矿薄膜表面覆盖一层具有保护作用的膜层；
S5、基材经收卷辊完成收卷；
其中S2、S3中的基材在所述无机组分干燥退火装置、所述有机组分干燥退火装置内的时间由所述箱体的长度参数控制，基材的干燥程度和退火程度由所述加热装置的温度参数控制。
应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都屈于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.两步法卷对卷制备钙钛矿薄膜的连续制备装置，其特征在于，包括有沿基材传输方向依次设置的基材放卷装置、无机组分涂布装置、无机组分干燥退火装置、有机组分涂布装置、有机组分干燥退火装置、保护膜装置以及收卷装置；所述基材放卷装置包括有放卷轴，所述收卷装置包括有收卷轴；所述无机组分干燥退火装置与有机组分干燥退火装置均包括有箱体以及设置在所述箱体内的加热装置，所述保护膜装置包括有保护膜背辊以及与所述保护膜背辊对应设置的保护膜执行机构。
2.根据权利要求1所述的两步法卷对卷制备钙钛矿薄膜的连续制备装置，其特征在于，所述保护膜执行机构包括有与所述保护膜背辊对应设置的胶辊以及有用保护膜放卷的保护膜放卷辊，保护膜经所述胶辊压合在所述保护膜背辊上。
3.根据权利要求1所述的两步法卷对卷制备钙钛矿薄膜的连续制备装置，其特征在于，所述保护膜执行机构包括有与所述保护膜背辊对应设置的保护膜涂布头，所述保护膜涂布头朝向基材一侧涂布保护液；所述保护膜装置与所述收卷装置之间还设置有保护层固化装置，所述保护层固化装置包括有固化箱体以及设置在所述固化箱体内的固化组件。
4.根据权利要求3所述的两步法卷对卷制备钙钛矿薄膜的连续制备装置，其特征在于，所述固化组件为热风固化组件、红外固化组件、UV固化组件或EBC固化组件的一种或多种组合。
5.根据权利要求2或3所述的两步法卷对卷制备钙钛矿薄膜的连续制备装置，其特征在于，所述放卷装置为单工位或双工位，所述放卷轴为主动放卷或被动放卷，所述放卷轴的转向为顺时针设置和/或逆时针设置，所述收卷装置与所述卷装置对应设置。
6.根据权利要求2或3所述的两步法卷对卷制备钙钛矿薄膜的连续制备装置，其特征在于，所述涂布背辊为刚辊。
7.根据权利要求2或3所述的两步法卷对卷制备钙钛矿薄膜的连续制备装置，其特征在于，所述加热装置为红外加热和/或热风加热，所述箱体的长度根据工艺需要的干燥时间和基材传输速度共同确定。
8.根据权利要求1所述的两步法卷对卷制备钙钛矿薄膜的连续制备装置，其特征在于，无机组分涂布装置、有机组分涂布装置为狭缝涂布、微凹版涂布、转移涂布、喷涂或刮涂中的一种。
9.根据权利要求8所述的两步法卷对卷制备钙钛矿薄膜的连续制备装置，其特征在于，所述无机组分涂布装置采用微凹版涂布，所述有机组分涂布采用狭缝涂布。
10.两步法卷对卷制备钙钛矿薄膜的连续制备工艺，其特征在于，采用如权利要求1 之至9任一所述的连续制备装置进行生产，包括有以下步骤：
S1、基材由所述放卷轴旋转放出，经过所述无机组分涂布装置，完成基材上无机组分的涂布；
S2、基材进入所述无机组分干燥退火装置内进行干燥和退火，并进入所述有机组分涂布装置内；
S3、基材通过所述有机涂布装置在无机组分上涂布有机组分，并进入所述有机组分干燥退火装置内，基材进入所述箱体内进行退火，钙钛矿晶体进一步形成并生长，最终形成结晶均匀、良好的钙钛矿薄膜；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200619 |