CN210272428U - 钙钛矿薄膜一步法卷对卷的连续制备装置 - Google Patents
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Abstract
钙钛矿薄膜一步法卷对卷的连续制备装置，沿基材传输方向依次设置有放卷装置、基材预热辊组、涂布装置、退火装置以及收卷装置，基材预热辊组包括有第一辊体，第一辊体内部设置有用于流通导热介质的流道；涂布装置包括有涂布背辊以及狭缝模头，狭缝模头朝涂布背辊一侧供给溶液。基材第一辊体进行预热再经涂布背辊加热至涂布工艺所需的温度，溶液经过狭缝模头均匀的涂布在基材表面，溶剂在高温作用下快速挥发，使溶质留在基材的表面并形成膜层，具有膜层基材进入退火装置进行退火，钙钛矿晶体进一步形成并生长，该装置实现了钙钛矿薄膜的高温涂布，且可实现对基材温度的良好控制，从而实现对溶剂萃取速率的调控，最终实现钙钛矿的良好结晶。
Description
技术领域
本实用新型涉及光伏电池领域，具体涉及钙钛矿薄膜一步法卷对卷的连续制备装置。
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。一步法工艺是将钙钛矿配制成溶液，涂布在基材表面，然后再进行溶剂萃取和高温退火，最终得到钙钛矿薄膜。
在一步法制备大面积钙钛矿薄膜的报道中，有人利用平板涂布，对基材加热进行高温涂布，但其非连续涂布，工艺重复性控制难度大，生产效率较卷对卷涂布要低很多。
有人利用卷对卷涂布，在涂布钙钛矿后采用喷涂或狭缝涂布反溶剂进行溶剂萃取。这种方式需要连续两次涂布，工艺控制复杂，而且需要对反溶剂的操作参数进行严格控制，重复性难度较大。另外，反溶剂涂布增加了生产过程中的有机溶剂用量，从安全、环保、员工职业健康及成本控制等方面，对于大规模商业化生产都是不利的，现有技术存在改进之处。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型提出了钙钛矿薄膜一步法卷对卷的连续制备装置，在卷对卷的钙钛矿涂布生产中实现高温涂布，且可实现对基材温度的良好控制，从而实现对溶剂萃取速率的调控，最终实现钙钛矿的良好结晶。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：钙钛矿薄膜一步法卷对卷的连续制备装置，沿基材传输方向依次设置有放卷装置、基材预热辊组、涂布装置、退火装置以及收卷装置，所述基材预热辊组包括有第一辊体，所述第一辊体内部设置有用于流通导热介质的流道；所述涂布装置包括有涂布背辊以及狭缝模头，所述狭缝模头朝所述涂布背辊一侧供给溶液；所述退火装置包括有箱体以及设置在所述箱体内的传输装置，所述箱体内设置有加热装置。
通过采用上述技术方案，基材由放卷装置旋转放出，经过第一辊体进行预热，基材到达涂布装置后经涂布背辊加热至涂布工艺所需的温度，溶液经过狭缝模头均匀的涂布在基材表面，溶剂在高温作用下快速挥发，使溶质留在基材的表面并形成膜层，基材表面上膜层的厚度可通过调整基材的运行速度及溶液的供液量进行调整，具有膜层基材进入退火装置进行退火，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，该装置实现了钙钛矿薄膜的高温涂布，且可实现对基材温度的良好控制，从而实现对溶剂萃取速率的调控，最终实现钙钛矿的良好结晶。
本实用新型进一步设置为：所述涂布背辊内设置有用于流通导热介质的流道。
通过采用上述技术方案，保证位于涂布背辊上的基材温度稳定在指定稳定的区间内，保证基材上溶液涂布的质量。
本实用新型进一步设置为：所述流道呈螺旋形结构设置。
通过采用上述技术方案，螺旋形结构的流道能够使流道的长度更长以容纳更多的导热介质，从而避免由于热量散热、热量传递而导致加热温度不够的问题，同时螺旋形的流道能够使辊体表面的温度更加均匀，避免出现局部过热的问题。
本实用新型进一步设置为：所述箱体为一体式或分段式结构。
通过采用上述技术方案，一体式的箱体整体性更好，在钙钛矿晶体生长过程中外部干扰因素更少，钙钛矿的结晶效果更好；而分段式结构的箱体对生产现场的要求较低，易于实施。
本实用新型进一步设置为：所述加热装置包括有红外加热装置和/或热风加热装置。
通过采用上述技术方案，红外线加热方式具有穿透力抢，能内外同时加热，温度控制容易、且升温迅速，并较具安全性，热惯性小，不需要暖机，节省人力；热风加热装置则具有成本低廉，能够保证箱体内空气的干燥的特点。
本实用新型进一步设置为：所述基材预热辊组至少具有两个第一辊体。
通过采用上述技术方案，保证基材的预热效果。
本实用新型进一步设置为：所述退火装置与所述收卷装置之间还设置有贴合装置，所述贴合装置包括有缠绕有保护膜的置膜辊以及两相对设置的导向辊和压合辊，所述置膜辊上的保护膜随基材进入导向辊和压合辊之间。
通过采用上述技术方案，已涂好的钙钛矿薄膜表面贴合一层保护膜，避免钙钛矿薄膜在进入下道工序前受到损伤。
本实用新型进一步设置为：所述导向辊具有加热或制冷功能，所述压合辊为橡胶辊。
通过采用上述技术方案，避免在覆膜过程中由于挤压导致钙钛矿薄膜损伤。
综上所述，本实用新型具有以下技术效果：
1、一步法工序简单、成本低廉，通过溶剂的快速萃取以避免钙钛矿晶体过度生长而形成针孔；
2、卷对卷的生产方式大大提高了钙钛矿的涂布效率，提高了钙钛矿薄膜的生产效率；
3、通过基材预热辊组和涂布背辊实现对基材涂布时温度的良好控制，从而实现对溶剂萃取速率的调控，最终实现钙钛矿的良好结晶。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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为钙钛矿薄膜一步法卷对卷连续制备装置的结构示意图。
图中：1、放卷装置；2、导料辊；3、第一棍体；4、狭缝模头；5、涂布背辊；6、退火装置；7、贴合装置；71、置膜辊；72、压合辊；73、导向辊；8、保护膜；9、收卷装置。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。
如图1所示，钙钛矿薄膜一步法卷对卷的连续制备装置，沿基材传输方向依次设置有放卷装置、基材预热辊组、涂布装置、退火装置以及收卷装置，所述基材预热辊组包括有第一辊体，所述第一辊体内部设置有用于流通导热介质的流道；所述涂布装置包括有涂布背辊以及狭缝模头，所述狭缝模头朝所述涂布背辊一侧供给溶液；所述退火装置包括有箱体以及设置在所述箱体内的传输装置，所述箱体内设置有加热装置。
实际实施过程中，放卷装置可以是单工位也可为双工位，可主动放卷也可被动放卷，放卷轴可正向旋转放卷也可反向旋转放卷，收卷装置可单工位也可双工位，收卷轴可正向旋转收卷也可反向旋转收卷。
进一步的，所述涂布背辊内设置有用于流通导热介质的流道，所述流道呈螺旋形结构设置。本方案中中导热介质可以是水也可以是导热油。
实际实施过程中，退火装置具有一体式或分段式结构的箱体，箱体内温度可调可控。箱体内设置有红外加热装置和/或热风加热装置。退火装置的总长度根据工艺需要的退火时间和生产线速度共同确定。
进一步的，所述退火装置与所述收卷装置之间还设置有贴合装置，所述贴合装置包括有缠绕有保护膜的置膜辊以及两相对设置的导向辊和压合辊，所述置膜辊上的保护膜随基材进入导向辊和压合辊之间，所述导向辊具有加热或制冷功能，所述压合辊为橡胶辊；贴合装置在已涂好的钙钛矿薄膜表面贴合一层保护膜，避免膜层在进入下道工序前受到损伤。
操作过程
将已经涂有底电极和电子传输层的基材由放卷装置旋转放出，基材经过基材预热辊组进行预热，预热温度可根据实际工艺需要进行调整，本方案中的预热温度为75～85℃；基材到达涂布装置，经涂布背辊加热至工艺所需温度，本方案中的工艺所需温度为90～95℃，涂布背辊温度可根据涂布工艺进行调整；
溶液通过狭缝模头均匀的涂布于基材表面，溶液的溶剂在高温作用下快速挥发，溶液的溶质在基材表面形成膜层，钙钛矿开始结晶；膜层的厚度可通过调整基材运行的线速度及溶液的供液量进行调整，溶剂挥发速率可通过调整基材温度及基材进入退火装置前的运动距离调整。
具有膜层的基材进入退火装置进行退火，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。在这里退火温度可根据工艺需要进行调整。退火时间可通过调整生产线速度进行调整或调整箱体的整体长度从而调整基材在箱体内滞留的时间。钙钛矿薄膜与保护膜经贴合装置贴合在一起，由收卷装置进行收卷。
本组成结构只是基本结构，体现该实用新型的基本原理，中间可根据具体生产需要设置保护膜收卷装置、保护膜放卷装置、牵引装置、储料装置、纠偏装置、电晕装置、片基清洁装置以上、静电消除装置等，以上装置均为为涂布设备通用配置，此处不进行详细描述。
一种使用上述连续制备装置的钙钛矿薄膜制备方法，具体操作包括有以下步骤：
S1、基材经所述放卷装置放出进入所述基材预热辊组内进行预加热；
S2、经过所述基材预热辊组的基材进入所述涂布装置内，所述涂布背辊将基材加热至涂布所需的温度，所述狭缝模头对所述涂布背辊上的基材进行涂布；
S3、经涂布后的基材在进入所述退火装置前，溶液内的溶剂在高温下快速挥发在基材表面留下溶质；
S4、经涂布后的基材进入所述退火装置内，溶质进一步形成并生长，最终形成结晶均匀、良好的钙钛矿薄膜；
S5、所述收卷装置将完成S1至S5的基材收卷。
进一步的，所述S1中的预加热温度与所述S2中涂布所需的温度相差10℃。
本方案中，对于100℃以下的加热，流道内的导热介质使用水或导热油，而对于100℃以上的加热，流道内的导热介质仅能使用导热油。
应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.钙钛矿薄膜一步法卷对卷的连续制备装置，其特征在于，沿基材传输方向依次设置有放卷装置、基材预热辊组、涂布装置、退火装置以及收卷装置，所述基材预热辊组包括有第一辊体，所述第一辊体内部设置有用于流通导热介质的流道；所述涂布装置包括有涂布背辊以及狭缝模头，所述狭缝模头朝所述涂布背辊一侧供给溶液；所述退火装置包括有箱体以及设置在所述箱体内的传输装置，所述箱体内设置有加热装置。
2.根据权利要求1所述的连续制备装置，其特征在于，所述涂布背辊内设置有用于流通导热介质的流道。
3.根据权利要求1或2所述的连续制备装置，其特征在于，所述流道呈螺旋形结构设置。
4.根据权利要求1所述的连续制备装置，其特征在于，所述箱体为一体式或分段式结构。
5.根据权利要求4所述的连续制备装置，其特征在于，所述加热装置包括有红外加热装置和/或热风加热装置。
6.根据权利要求1所述的连续制备装置，其特征在于，所述基材预热辊组至少具有两个第一辊体。
7.根据权利要求1所述的连续制备装置，其特征在于，所述退火装置与所述收卷装置之间还设置有贴合装置，所述贴合装置包括有缠绕有保护膜的置膜辊以及两相对设置的导向辊和压合辊，所述置膜辊上的保护膜随基材进入导向辊和压合辊之间。
8.根据权利要求7所述的连续制备装置，其特征在于，所述导向辊具有加热或制冷功能，所述压合辊为橡胶辊。
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