CN114100939A - 一种空间在轨制备钙钛矿电池的电子喷涂设备及喷涂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空间在轨制备钙钛矿电池的电子喷涂设备及喷涂方法，属于空间电池制备技术领域，其特征是，包括：物料供给系统用于存储钙钛矿溶液，并根据喷涂需求，输出定量的钙钛矿溶液；膜层制备系统接收物料供给系统输出的钙钛矿溶液，对样品基片进行电子喷涂；复用系统回收膜层制备系统中残存的溶剂，并对溶剂进行处理，将处理得到的可用物质送至物料供给系统进行再利用，将不可用物质存入废液存储装置，热处理系统给喷涂后的膜层加热处理干燥膜层。本发明可在空间中实现钙钛矿电池的制备工作，同时克服空间在轨微重力影响，通过复用系统的回收能力，延长设备使用时间，提高制备效率，并可取出电池片进行多批次的制备。
Description
技术领域
本发明属于空间电池制备技术领域，具体涉及一种空间在轨制备钙钛矿电池的电子喷涂设备及喷涂方法。
背景技术
目前，人类的活动已经迈入深空，为了满足空间技术的需求：需要突破载人航天及在轨维护与服务关键技术，包括航天器部件在轨3D打印、空间智能机器人、人机协同空间设施建造与在轨维护服务等关键技术。可以看出在空间建立必要的生产基地，高效利用地外资源，掌握关键的生产工艺和技术将是人类在深空获得真正“自由”的基石。实现空间长期人的活动，能源系统建立无疑是最重要的，而这一系统中太阳能的利用占据核心地位。在轨进行太阳能电池的制造，将能节约与能源系统相关的发射成本，同时极大拓展空间能源获取以及对现有航天器进行维护维修的能力。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题，提供一种空间在轨制备钙钛矿电池的电子喷涂设备及喷涂方法，可在空间中实现钙钛矿电池的制备工作，同时可克服空间在轨微重力影响，通过复用系统的回收能力，延长设备使用时间，提高制备效率，并可取出电池片进行多批次的制备。
本发明的第一目的是提供一种空间在轨制备钙钛矿电池的电子喷涂设备，包括：
物料供给系统(2)，用于存储钙钛矿溶液，并根据喷涂需求，输出定量的钙钛矿溶液；
膜层制备系统(1)，接收物料供给系统(2)输出的钙钛矿溶液，对样品基片进行电子喷涂；
复用系统(3)，回收膜层制备系统(1)中残存的溶剂，并对溶剂进行处理，将处理得到的可用物质送至物料供给系统(2)进行再利用，将不可用物质存入废液存储装置；
热处理系统(4)，给喷涂后的膜层加热处理干燥膜层。
优选地，所述物料供给系统(2)包括：
存放钙钛矿溶液的容器；
通过输液管路与容器连通的定量泵。
优选地，所述容器设置有柔性的液囊。
优选地，所述膜层制备系统(1)包括：
带有真空门的密封箱体；
置于密封箱体内的基片切换台；
与所述物料供给系统(2)输出端口连接的喷头；所述喷头置于密封箱体内，且位于工作台的上方；
位于密封箱体外，为所述喷头提供电能的高压源。
优选地，所述热处理系统(4)包括辐射加热棒，所述辐射加热棒位于样品基片上方两侧。
优选地，在所述辐射加热棒的外侧设置有溶剂挡板。
优选地，所述复用系统(3)包括：
与膜层制备系统(1)连通的蒸馏室；
与所述蒸馏室的废水出口连通的废液存储装置；
与所述蒸馏室的蒸馏溶液出口和水相脱水入口连通的盐析池；
与所述盐析池的有机相出口连接的干燥塔；所述干燥塔设置有与蒸馏室连通的干燥蒸发溶液出口、与物料供给系统(2)连通的复用溶剂出口。
本发明的第二目的是提供一种空间在轨制备钙钛矿电池的电子喷涂复用方法，包括如下工序：
S101、回收溶剂进入蒸馏室进行常压蒸馏，获得含水18％-30％的异丙醇；将废水送至废液存储装置；
S102、将S1所得溶液送至盐析池，在常温下与盐析溶液按1:3-5的体积比混合，静置后分离出水相和有机相；将水相回馈至蒸馏室；
S103、将有机相送至干燥塔，有机相含水3％-5％，按有机相与分子筛干燥剂4:1的质量比进行混合并静置4-24小时固液分离，获得含水0.04％-0.22％的异丙醇作为复用溶剂，同时在120-240℃的负压下将分子筛干燥剂再生，干燥后降温后的分子筛干燥剂循环使用，非可利用溶液存入废液存储装置。
本发明的第三目的是提供一种空间在轨制备钙钛矿电池的电子喷涂方法，包括如下工序：
S201、将样品基片放入膜层制备系统(1)，将钙钛矿溶液放入物料供给系统(2)；
S202、设置喷涂参数；
S203、通过膜层制备系统(1)执行喷涂；
S204、利用复用系统(3)回收膜层制备系统(1)中残存的溶剂，并对溶剂进行处理，将处理得到的可用物质送至物料供给系统(2)进行再利用，将不可用物质存入废液存储装置。
本发明具有的优点和积极效果是：
本发明能够在空间中实现钙钛矿电池的制备工作，同时，空间的高空环境避免了空气阻力造成的射流鞭动，本发明的复用系统提供了一定的回收能力，可延长设备使用时间进一步提高制备效率，并可取出电池片进行多批次的制备。
附图说明
图1为本发明优选实施例的功能原理图；
图2为本发明优选实施例中复用系统的回收原理示意图；
图3为本发明优选实施例的第一视角结构图；
图4为本发明优选实施例的第二视角结构图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
如图1至图4所示，本发明的技术方案为：
一种空间在轨制备钙钛矿电池的电子喷涂设备，包括：
物料供给系统2，用于存储钙钛矿溶液，并根据喷涂需求，输出定量的钙钛矿溶液；所述物料供给系统2包括：
存放钙钛矿溶液的容器；
通过输液管路与容器连通的定量泵。
优选地，所述容器设置有柔性的液囊。
优选地，所述膜层制备系统1包括：
带有真空门的密封箱体；
置于密封箱体内的基片切换台和加热部；
膜层制备系统1，接收物料供给系统2输出的钙钛矿溶液，对样品基片进行电子喷涂；
复用系统3，回收膜层制备系统1中残存的溶剂，并对溶剂进行处理，将处理得到的可用物质送至物料供给系统2进行再利用，将不可用物质存入废液存储装置。
热处理系统4包括一组或多组热辐射加热棒，加热棒靠近样品基片提高效率，主要用于给喷涂后的膜层加热处理干燥膜层；
在上述优先实施例中：
膜层制备系统1以密封箱体1-1为主框架，一侧设置真空门，该真空门主要用于放气和拿取电池片，样品基片等置于密封箱体内，喷头置于箱体内上端，高压源则置于箱体外侧；密封箱体1-1整体为矩形，顶部有突起，突起内部设有安置电喷喷头1-3的空腔，电喷喷头1-3正下方为基片切换台1-4，其两侧为第一热辐射加热棒4-1和第二热辐射加热棒4-2，辐射加热棒可使箱体内升温至60到80度，第一溶剂挡板1-5-1和第二溶剂挡板1-5-2半包围第一热辐射加热棒4-1和第二热辐射加热棒4-2，防止第一热辐射加热棒4-1和第二热辐射加热棒4-2污染，基片切换台1-4的斜上方为回收口3-3，通过回收管3-2连接回收分离箱3-1，沿着基片切换台1-3滑动的一侧为真空门1-6，真空门1-6安装在箱体侧板1-2上，一方面用于排气，另一方面防止喷液流出密封箱体；
物料供给系统2的主要作用是向膜层制备系统1供给定量钙钛矿溶液，物料供给系统2包括一携带溶液的液罐，并连接一个定量泵，定量泵一方面用以抽取液罐中的溶液，一方面可以控制单次输送给静电喷头的溶液量和压力，从而使悬浮液能在空间中形成一个半球形轮廓；物料供给系统2整体安装于密封箱体1-1外侧，其包括定量泵2-1，液罐2-2，液罐2-2通过第一送液管路2-3-1连接到定量泵2-1，另一侧连接回收分离箱3-1，由定量泵2-1抽取钙钛矿溶液通过第二送液管路2-3-2接入密封箱体1-1内的电喷喷头1-3，其中，液罐2-2外层为金属壳体，内侧为柔性液囊，可随携带溶液改变大小从而防止在空间条件下液体聚集于液罐的内壁；
复用系统3主要用于回收喷涂后残存在密封箱体内的溶剂，如此可提高整个设备在空间中的使用时间；所述复用系统3包括：与膜层制备系统1连通的蒸馏室、与所述蒸馏室的废水出口连通的废液存储装置、与所述蒸馏室的蒸馏溶液出口和水相脱水入口连通的盐析池、与所述盐析池的有机相出口连接的干燥塔；所述干燥塔设置有与蒸馏室连通的干燥蒸发溶液出口、与物料供给系统2连通的复用溶剂出口；
热处理系统4(加热部)为一组或多组热辐射加热棒，加热棒靠近样品基片提高效率，主要用于给喷涂后的膜层加热处理干燥膜层；
电控模块5同样置于密封箱体1-1外侧，其用于控制定量泵2-1、真空门1-6，基片切换台1-4与回收分离箱3-1之间的联动，同时为电喷喷头1-3提供高压源，第一热辐射加热棒4-1和第二热辐射加热棒4-2可根据情况由电控模块5供电或单独供电。
与所述物料供给系统2输出端口连接的喷头；所述喷头置于密封箱体内，且位于工作台的上方；
位于密封箱体外，为所述喷头提供电能的高压源。
所述加热部为辐射加热棒，所述辐射加热棒位于样品基片上方两侧。
一种空间在轨制备钙钛矿电池的电子喷涂方法，包括如下工序：
S201、将样品基片放入膜层制备系统1，将钙钛矿溶液放入物料供给系统2；
S202、设置喷涂参数；
S203、通过膜层制备系统1执行喷涂；
S204、利用复用系统3回收膜层制备系统1中残存的溶剂，并对溶剂进行处理，将处理得到的可用物质送至物料供给系统2进行再利用，将不可用物质存入废液存储装置。
图2所示，回收分离原理为：由复用系统回收的有机溶剂异丙醇挥发沸点较低，在退火处理过程中挥发的异丙醇等排入蒸馏室中常压蒸馏，获得含水18％-30％的异丙醇，将所得溶液在常温下与盐析溶液按1:3-5的体积比混合，静置后分离出水相和有机相，水相循环至蒸馏室，有机相含水3％-5％进入干燥塔，按有机相与分子筛干燥剂4:1的质量比进行混合并静置4-24小时固液分离，获得含水0.04％-0.22％的异丙醇作为复用溶剂，同时在120-240℃的负压下将分子筛干燥剂再生，干燥后降温后的分子筛干燥剂循环使用，非可利用溶液存入废液存储装置；
如图3和图4所示：本技术方案主要包括：
一个密封箱体，用于安放和固定制备钙钛矿电池的所需设备；密封箱体为矩形，一侧安装真空门，液罐、定量泵、回收装置与电控模块安装于箱体外侧；
一个液罐，该液罐用于存储钙钛矿溶液；液罐的外壳为金属材质，其内部为柔性的液囊，该目的是为了克服空间环境条件下，液体会聚集于液罐的内壁，如采用柔性液囊，液囊的外形会随之缩小，如此定量液泵便能保持每次工作都能抽取到液体；
一个电喷喷头，喷头用于将溶液均匀喷涂到基板上；
一个定量泵，用于控制溶液在喷头处的流量；
一个基片切换台，可向一个方向移动(比如基于丝杠)基片使单次制备做批次钙钛矿电池；基片切换台置于箱体内部，其上为电喷喷头，基片切换台侧方装置回收装置；
一组热辐射加热棒，该组加热棒用于给喷涂后的膜层进行热处理，用于完成膜层的制备；热辐射加热棒应更靠近基片提高加热效率；
一个真空门，主要用于阻隔箱体内外，一方面是用于排气，另一方面是防止喷液流出箱体；
一个回收装置，主要抽取箱体内喷涂后残存溶剂蒸馏再利用；回收装置采用蒸馏方式分离钙钛矿电池片制备过程中的前驱液(异丙醇)；
一个电控模块，该模块需携带一个高压源用于产生静电喷涂所需的电荷。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种空间在轨制备钙钛矿电池的电子喷涂设备，其特征在于，至少包括：
物料供给系统(2)，用于存储钙钛矿溶液，并根据喷涂需求，输出定量的钙钛矿溶液；
膜层制备系统(1)，接收物料供给系统(2)输出的钙钛矿溶液，对样品基片进行电子喷涂；
复用系统(3)，回收膜层制备系统(1)中残存的溶剂，并对溶剂进行处理，将处理得到的可用物质送至物料供给系统(2)进行再利用，将不可用物质存入废液存储装置；
热处理系统(4)，给喷涂后的膜层加热处理干燥膜层。
2.根据权利要求1所述空间在轨制备钙钛矿电池的电子喷涂设备，其特征在于，所述物料供给系统(2)包括：
存放钙钛矿溶液的容器；
通过输液管路与容器连通的定量泵。
3.根据权利要求2所述空间在轨制备钙钛矿电池的电子喷涂设备，其特征在于，所述容器设置有柔性的液囊。
4.根据权利要求1所述空间在轨制备钙钛矿电池的电子喷涂设备，其特征在于，所述膜层制备系统(1)包括：
带有真空门的密封箱体；
置于密封箱体内的基片切换台；
与所述物料供给系统(2)输出端口连接的喷头；所述喷头置于密封箱体内，且位于工作台的上方；
位于密封箱体外，为所述喷头提供电能的高压源。
5.根据权利要求4所述空间在轨制备钙钛矿电池的电子喷涂设备，其特征在于，所述热处理系统(4)包括辐射加热棒，所述辐射加热棒位于样品基片上方两侧。
6.根据权利要求5所述空间在轨制备钙钛矿电池的电子喷涂设备，其特征在于，在所述辐射加热棒的外侧设置有溶剂挡板。
7.根据权利要求1所述空间在轨制备钙钛矿电池的电子喷涂设备，其特征在于，所述复用系统(3)包括：
与膜层制备系统(1)连通的蒸馏室；
与所述蒸馏室的废水出口连通的废液存储装置；
与所述蒸馏室的蒸馏溶液出口和水相脱水入口连通的盐析池；
与所述盐析池的有机相出口连接的干燥塔；所述干燥塔设置有与蒸馏室连通的干燥蒸发溶液出口、与物料供给系统(2)连通的复用溶剂出口。
8.一种空间在轨制备钙钛矿电池的电子喷涂复用方法，其特征在于，基于权利要求7所述复用系统(3)完成如下工序：
S101、回收溶剂进入蒸馏室进行常压蒸馏，获得含水18％-30％的异丙醇；将废水送至废液存储装置；
S102、将S1所得溶液送至盐析池，在常温下与盐析溶液按1:3-5的体积比混合，静置后分离出水相和有机相；将水相回馈至蒸馏室；
S103、将有机相送至干燥塔，有机相含水3％-5％，按有机相与分子筛干燥剂4:1的质量比进行混合并静置4-24小时固液分离，获得含水0.04％-0.22％的异丙醇作为复用溶剂，同时在120-240℃的负压下将分子筛干燥剂再生，干燥后降温后的分子筛干燥剂循环使用，非可利用溶液存入废液存储装置。
9.一种空间在轨制备钙钛矿电池的电子喷涂方法，其特征在于，基于权利要求1-7任一项所述空间在轨制备钙钛矿电池的电子喷涂设备完成如下工序：
S201、将样品基片放入膜层制备系统(1)，将钙钛矿溶液放入物料供给系统(2)；
S202、设置喷涂参数；
S203、通过膜层制备系统(1)执行喷涂；
S204、利用复用系统(3)回收膜层制备系统(1)中残存的溶剂，并对溶剂进行处理，将处理得到的可用物质送至物料供给系统(2)进行再利用，将不可用物质存入废液存储装置。
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