CN213278121U - 用于连续制备大面积钙钛矿组件的设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于连续制备大面积钙钛矿组件的设备，其包括：第一钙钛矿组件加工机构，其至少用于制作形成第一钙钛矿层；第二钙钛矿组件加工机构，其至少用于制作形成第二钙钛矿层；第一传送机构，其至少用于将制作形成的第一部分结构输送至退火机构；第二传送机构，其至少用于将制作形成的第二部分结构输送至退火机构；退火机构，其至少用于对所述第一钙钛矿层和第二钙钛矿层进行退火处理，同时，使所述第一部分结构中的第一钙钛矿层与第二部分结构中的第二钙钛矿层结合为一体。本实用新型不仅提高了设备利用率，还减少钙钛矿活性层在空气中的暴露时间，从而可进行大面积连续性制备。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种制备钙钛矿组件的设备，特别涉及一种用于连续制备大面积钙钛矿组件的设备，属于光伏电池技术领域。
背景技术
新世纪对能源的需求持续上涨，基础的能源电力不足以满足人们的需求。作为一种新能源材料，钙钛矿，自从发现以来就受到科学工作者和能源领域的关注。钙钛矿太阳能电池技术在近几年得到很快的发展，其中关于钙钛矿组件的制备工艺和设备不断升级也是促进钙钛矿快速发展的关键技术点之一。相较于单晶硅，大面积钙钛矿的制备技术的开发仍然是当下推动钙钛矿发展的一个关键点。
钙钛矿组件的制备包括导电层、空穴\电子传输层、钙钛矿层、导电层的制备。当下，大面积钙钛矿的制备多采用顺序制备法，不同层的制备需要各种工序的交换，虽然钙钛矿的结晶速率较快，但在其他层例如导电层、空穴\电子传输层的制备相对比较耗时，在此过程中对设备的利用率不够高，所以导致产品的生产数量较低。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于提供一种用于连续制备大面积钙钛矿组件的设备，以克服现有技术中的不足。
为实现前述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案包括：
本实用新型实施例提供了一种用于连续制备大面积钙钛矿组件的设备，其包括：
第一钙钛矿组件加工机构，其至少用于制作形成第一钙钛矿层；
第二钙钛矿组件加工机构，其至少用于制作形成第二钙钛矿层；
第一传送机构，其至少用于将制作形成的第一部分结构输送至退火机构；
第二传送机构，其至少用于将制作形成的第二部分结构输送至退火机构；
退火机构，其至少用于对所述第一钙钛矿层和第二钙钛矿层进行退火处理，同时，向包含第一钙钛矿层的第一部分结构和/或包含第二钙钛矿层的第二部分结构施加压力，从而使所述第一部分结构中的第一钙钛矿层与第二部分结构中的第二钙钛矿层结合为一体。
与现有技术相比，本实用新型的优点包括：
1)本实用新型实施例提供的一种用于连续制备大面积钙钛矿组件的设备，结构简单，使用方便，不仅提高了设备利用率，还减少钙钛矿活性层在空气中的暴露时间，从而可进行大面积连续性制备；
2)本实用新型实施例提供的一种用于连续制备大面积钙钛矿组件的设备，不仅适用于卷对卷技术，对基底的适应性大，还可以通过改造传送方式在刚性基底上进行大面积钙钛矿太阳能组件的连续性制备。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型一典型实施案例中提供的一种用于连续制备大面积钙钛矿组件的设备的结构示意图；
图2a是本实用新型一典型实施案例中提供的一种用于连续制备大面积钙钛矿组件的设备中退火机构的内部结构示意图；
图2b是本实用新型一典型实施案例中提供的一种用于连续制备大面积钙钛矿组件的设备中退火机构的侧视图；
图3是本实用新型一典型实施案例中提供的一种大面积钙钛矿组件制备原理示意图；
图4是本实用新型一典型实施案例中提供的一种用于连续制备大面积钙钛矿组件的设备的生产流程示意图。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本实用新型的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本实用新型实施例提供了一种用于连续制备大面积钙钛矿组件的设备，其包括：
第一钙钛矿组件加工机构，其至少用于制作形成第一钙钛矿层；
第二钙钛矿组件加工机构，其至少用于制作形成第二钙钛矿层；
第一传送机构，其至少用于将制作形成的第一部分结构输送至退火机构；
第二传送机构，其至少用于将制作形成的第二部分结构输送至退火机构；
退火机构，其至少用于对所述第一钙钛矿层和第二钙钛矿层进行退火处理，同时，向包含第一钙钛矿层的第一部分结构和/或包含第二钙钛矿层的第二部分结构施加压力，从而使所述第一部分结构中的第一钙钛矿层与第二部分结构中的第二钙钛矿层结合为一体。
进一步的，所述退火机构包括支撑架以及安装在所述支撑架上的两个加热机构，其中，所述两个加热机构之间具有可供第一部分结构和第二部分结构进入的间隙，且所述两个加热机构中的至少一者与所述支撑架活动配合，并能够在外部作用力的驱使下沿靠近或远离另一者的方向运动，从而改变所述间隙的宽度。
进一步的，所述退火机构还包括驱动机构，所述驱动机构与至少一个加热机构传动配合，并至少用以驱使所述加热机构作直线运动。
更进一步的，至少一加热机构通过螺纹连接件与所述支撑架连接，所述驱动机构包括与所述螺纹连接件配合连接的调节旋钮，或者，至少一加热机构通过一导向轴与所述支撑架连接，所述驱动机构包括与所述加热机构传动连接的驱动电机。
更进一步的，所述加热机构包括导热带和发热体，所述导热带绕设在至少两个传动轮上，所述发热体设置在所述导热带之间并能够对所述导热带进行加热，以及，所述发热体还与控制器连接，所述控制器至少用于调节所述发热体的发热温度。
进一步的，所述导热带为多层结构，且所述导热带的内部具有石墨烯导热板。
进一步的，所述第一钙钛矿组件加工机构包括沿所述第一传送机构的输送方向依次设置的第一涂布机构、第一抽气机构和第一预退火加热机构；所述第二钙钛矿组件加工机构包括沿所述第二传送机构的输送方向依次设置的第二涂布机构、第二抽气机构和第二预退火加热机构。
进一步的，所述第一涂布机构和第二涂布机构均包括狭缝涂布机构。
进一步的，所述第一传送机构包括多个传动轮以及绕设在所述多个传动轮上的第一传送带，所述第二传送机构包括多个传动轮以及绕设在所述多个传动轮上的第二传送带，其中，所述多个传动轮包括至少一个主动轮和至少一个从动轮，所述主动轮与驱动机构传动连接。
进一步的，所述钙钛矿组件包括钙钛矿太阳能电池，所述第一部分结构包括第一钙钛矿层和与第一钙钛矿层配合的其它结构层，所述第二部分结构包括第二钙钛矿层和与第二钙钛矿层配合的其它结构层。
如下将结合附图对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
请参阅图1，一种用于连续制备大面积钙钛矿组件的设备，其包括：沿第一轨迹设置的第一传送带1-1、沿第二轨迹设置的第二传送带1-2、沿第一传送带 1-1的运动方向或输送方向依次设置的第一涂布机构2-1、第一抽气机构3-1和第一预退火加热机构6-1、沿第二传送带1-2的运动方向或输送方向依次设置的第二涂布机构2-2、第二抽气机构3-2和第二预退火加热机构6-2、退火机构；
其中，退火机构同时位于第一传送带1-1和第二传送带1-2的运动轨迹上，所述退火机构包括相对设置的第一加热机构4-1和第二加热机构4-2，所述第一加热机构4-1和第二加热机构4-2之间具有间隙，且所述第一加热机构4-1和第二加热机构4-2中的至少一者能够在外部作用力的驱使下沿靠近或远离另一者的方向运动，从而改变所述间隙的宽度。
具体的，请参阅图2a和图2b，所述第一加热机构4-1和第二加热机构4-2 可以是两个独立设置的加热机构，或者，所述第一加热机构4-1和第二加热机构 4-2可以是同一加热机构中两个独立设置的加热区，此时，第一加热机构4-1可以称之为加热一区，第二加热机构4-2可以称之为加热二区，所述第一加热机构 4-1和第二加热机构4-2可以设置在支撑架4-1-7上，其中，第二加热机构4-2 为相对固定设置的一者，第一加热机构4-1为可以活动的一者。
例如，所述第一加热机构4-1通过一导向轴与所述支撑架4-1-7连接，第一加热机构4-1还与一驱动机构传动连接，并能够在驱动机构的驱使下沿靠近或远离另一者的方向运动，此时，该驱动机构可以是驱动电机等，或者，所述第一加热机构4-1通过螺纹连接件与所述支撑架4-1-7连接，所述螺纹连接件还与一配调节旋钮4-1-6配合，通过旋拧调节旋拧以驱使第一加热机构4-1运动，其中该调节旋钮以及驱动电机等均可以采用通过市购获得的现有构件实现。
具体的，请再次参阅图2a和图2b，所述第一加热机构4-1和第二加热机构 4-2的结构相同，如下以其中的第一加热机构4-1为例对其结构进行说明，所述第一加热机构4-1包括的导热带4-1-2、传动轮4-1-4和发热体4-1-3，所述导热带4-1-2绕设在两个传动轮4-1-4上，所述发热体4-1-3设置在所述导热带 4-1-2之间并能够对所述导热带4-1-2进行加热，以及，所述发热体4-1-3还与控制器4-1-5连接，所述控制器4-1-5至少用于调节所述的发热体4-1-3的发热温度和发热时间等参数，其中，所述导热带4-1-2为多层结构，且所述导热带4-1-2的内部具有石墨烯导热板，导热带4-1-2表层的结构为导热层结构即可，在此不对其具体的材质和厚度作具体的限制。
具体的，所述第一加热机构4-1还可以包括一绝热、保温壳体4-1-1，该绝热、保温壳体4-1-1设置在所述导热带4-1-2外围，并至少用于将导热带4-1-2 和发热体4-1-3散发的热量进行约束，并防止灼伤操作人员。
具体的，以第一加热机构为例，请参阅图2b，控制器4-1-5为整个第一加热机构的机体控制装置，也是整个第一加热机构的内部加热、传动等的控制枢纽；调节旋钮4-1-6为第一加热机构的高度调节控制器，是独立设置的；第一加热机构的支撑架4-1-7(该支撑架内部具有可活动的支架单元，以方便配合调节旋钮) 与第二加热机构的支撑架相连接。
具体的，请再次参阅图1，所述第一传送带1-1和第二传送带1-2分别绕设在多个传动轮5-1、5-2上，多个传动轮5-1、5-2中至少一个传动轮作为主动轮并与驱动机构传动连接，其余传动轮作为从动轮，多个传动轮5-1、5-2在驱动机构的驱使下带动第一传送带1-1、第二传送带1-2运动，该驱动机构可以是旋转电机等。
具体的，所述第一涂布机构2-1和第二涂布机构2-2可以是狭缝涂布机构，第一涂布机构2-1和第二涂布机构2-2主要用于分别在基底①、⑧上制作形成包含第一钙钛矿层的第一部分结构、包含第二钙钛矿层的第二部分结构，第一抽气机构3-1和第二抽气机构3-2可以采用现有的抽气设备，第一抽气机构3-1和第二抽气机构3-2主要用于分别使用于形成第一钙钛矿层、第二钙钛矿层的钙钛矿溶液中的部分溶剂挥发而形成初始的子晶；第一预退火加热机构6-1、第二预退火加热机构6-2主要用于分别对形成的第一部分结构、第二部分结构进行加热退火，以使第一钙钛矿层、第二钙钛矿层形成半固态状态，第一加热机构4-1和第二加热机构4-2用于对包含第一钙钛矿层的第一部分结构和包含第二钙钛矿层的第二部分结构(主要是第一钙钛矿层和第二钙钛矿层)进行退火处理，同时，沿第一部分结构或第二部分结构的厚度方向向所述第一部分结构和/或第二部分结构施加压力，从而使所述第一部分结构中的第一钙钛矿层与第二部分结构中的第二钙钛矿层结合为一体。
具体的，所述第一预退火加热机构6-1、第二预退火加热机构6-2可以采用现有的加热退火机构，例如电加热机构等。
具体的，所述钙钛矿组件包括钙钛矿太阳能电池，所述第一部分结构包括第一钙钛矿层和与第一钙钛矿层配合的其它结构层，所述第二部分结构包括第二钙钛矿层和与第二钙钛矿层配合的其它结构层。
具体的，请参阅图3，图3为一种钙钛矿太阳能电池的制作原理示意图，其中，①、⑧为基底材料，②、⑦为导电层，③为空穴传输层，⑥为电子传输层，④、⑤分别为两端的钙钛矿活性层，即第一钙钛矿层、第二钙钛矿层，经退火加工处理后第一钙钛矿层、第二钙钛矿层结合为一体的钙钛矿层或钙钛矿活性层
具体的，先将基底层①和⑧准备好，继而准备第一部分结构的导电层②、空穴传输层③和第二部分结构的电子传输层⑥、导电层⑦后，采用图1所示的设备上进行钙钛矿层的涂布、结晶、退火、成型，继而直接得到钙钛矿电池(而非只有钙钛矿电池的膜)。
实施例1
具体的，采用本实用新型图1所示的设备进行钙钛矿电池的制备时，先分别完成第一部分结构和第二部分结构中除钙钛矿层的电极、传输层的沉积之后，即在基底上分别形成导电层②、空穴传输层③、电子传输层⑥、导电层⑦后，再采用图1所示的设备进行电池的制备。
具体的，由传送带1-2前端传送的是第二部分结构，即基底/电极/电子传输层；传送带1-1端起始传送的为第一部分结构，即基底/电极/空穴传输层，整个具体步骤为：在沉积好电极层和传输层之后分别进行钙钛矿溶液的涂布→分别经过相应抽气机构进行抽气→分别经过预退火加热机构进行各自预退火→合体退火。
具体的，请参阅图4，采用如图1所示的设备进行钙钛矿电池的制备的具体生产流程为：
将基底①、⑧放置在两条不同的传送带上，依次完成第一部分结构和第二部分结构的电极和传输层沉积之后，即在基底①上制作形成导电层②、空穴传输层③，在基底⑧上制作形成电子传输层⑥、导电层⑦；分别经由第一传送带依次输送至第一涂布机构、第一抽气机构、第一预退火加热机构，经第二传送带依次输送至第二涂布机构、第二抽气机构、第二预退火加热机构，设置好相对应涂布的流量及速度，将钙钛矿溶液通过涂布头涂布分别得到半固态的钙钛矿层④、半固态的钙钛矿层⑤；之后经过抽气，将在钙钛矿溶液中的一部分溶剂抽出，助使钙钛矿层中形成初始的子晶；后各自经由预退火加热机构进行预退火后；基底①/ 电极(导电层)②/空穴传输层③/半固态钙钛矿层④和半固态钙钛矿层⑤/电子传输层⑥/电极(导电层)⑦/基底⑧这两部分被送至第一退火机构4-1、第二退火机构4-2进行合体处理，经过调节将第一退火机构4-1、第二退火机构4-2 的间隙之间调到一个合适的高度(稍低于整个钙钛矿电池的高度，相当于施加一定的压力)，对两部分结构进行施加压力的同时进行退火处理，以使两部分半固态的钙钛矿层固化并结合为一体，形成钙钛矿层或钙钛矿活性层
从而得到完整的钙钛矿电池。
具体的，一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下过程：
1)准备两个PET柔性基底(PET柔性基底厚度为120μm)，先对PET柔性基底进行清洗处理，清洗处理过程为：依次用纯水→异丙酮→酒精→纯水超声处理15min，之后用高压氮气吹干备用；
2)制备电极(可以理解为导电层)：将两个PET柔性基底分别放入不同的蒸镀设备，在PET柔性基底(可定义为第一基底)上沉积厚度约500nm的FTO 玻璃作为第一电极；在PET柔性基底(可定义为第二基底)上沉积厚度约400nm IWO玻璃作为第二电极；
3)制备空穴传输层和电子传输层：在第一电极上制作厚度约为15nm的NiOx空穴传输层30；在第二电极上沉积厚度约为30nm的SnO2电子传输层；
4)制备钙钛矿活性层：注意①和②步骤同时进行；
①制备第一部分结构的第一钙钛矿层：选用浓度为1mol/L、溶剂体积比为 DMF(N，N-二甲基甲酰胺)∶DMSO(二甲基亚砜)＝9∶1的MAPbI3钙钛矿前驱体溶液，在PET/FTO/NiOx上通过旋涂工艺制备第一钙钛矿层，旋涂过程为500r/s 5s+2000r/s 20s；旋涂后采用抽气法抽气30s，以使第一钙钛矿层中的钙钛矿结晶；
②制备第二部分结构的第二钙钛矿层：选用浓度1mol/L、溶剂体积比为DMF (N，N-二甲基甲酰胺)∶DMSO(二甲基亚砜)＝8∶1的CSPbI3钙钛矿前驱体溶液，在PET/IWO/SnO2上通过旋涂工艺制备第二钙钛矿层，旋涂过程为500r/s 5s +2000r/s 20s，旋涂后采用抽气法抽气30s，以使第二钙钛矿层中的钙钛矿结晶.
5)退火结晶：对步骤4中制备的包含第一钙钛矿层的第一部分结构、包含第二钙钛矿层的第二部分结构进行退火处理：首先分别对包含第一钙钛矿层的第一部分结构、包含第二钙钛矿层的第二部分结构进行退火处理，将第一部分结构和第二部分结构合体后再进行二次退火；具体过程包括：
将包括PET/FTO/NiOx/MAPbI3的第一部分结构放在温度为100℃的加热板上退火5s，将包括PET/IWO/SnO2/CSPbI3的第二部分结构放在温度为100℃的加热板上退火5s；之后立即将两部分结构的中MAPbI3层与CSPbI3层在半固态状态下贴合在一起，并将贴合后的两部分结构放置在两个加热板中间，调好两个加热板之间的间距约为121.2μm-121.5μm，压强在1-1.2个大气压左右，设置两个加热板的温度为100-150℃，对贴合后的第一部分结构和第二部分结构进行退火 15min，可以达到对整体组件的完全退火，从而使两部分结构中的MAPbI3层与 CSPbI3层结合为一体。
本实用新型实施例提供的一种用于连续制备大面积钙钛矿组件的设备，结构简单，使用方便，不仅提高了设备利用率，还减少钙钛矿活性层在空气中的暴露时间，从而可进行大面积连续性制备；以及
本实用新型实施例提供的一种用于连续制备大面积钙钛矿组件的设备，不仅适用于卷对卷技术，对基底的适应性大，还可以通过改造传送方式在刚性基底上进行大面积钙钛矿太阳能组件的连续性制备。
应当理解，上述实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于连续制备大面积钙钛矿组件的设备，其特征在于包括：
第一钙钛矿组件加工机构，其至少用于制作形成第一钙钛矿层；
第二钙钛矿组件加工机构，其至少用于制作形成第二钙钛矿层；
第一传送机构，其至少用于将制作形成的第一部分结构输送至退火机构；
第二传送机构，其至少用于将制作形成的第二部分结构输送至退火机构；
退火机构，其至少用于对所述第一钙钛矿层和第二钙钛矿层进行退火处理，同时，向包含第一钙钛矿层的第一部分结构和/或包含第二钙钛矿层的第二部分结构施加压力，从而使所述第一部分结构中的第一钙钛矿层与第二部分结构中的第二钙钛矿层结合为一体。
2.根据权利要求1所述用于连续制备大面积钙钛矿组件的设备，其特征在于：所述退火机构包括支撑架以及安装在所述支撑架上的两个加热机构，其中，所述两个加热机构之间具有可供第一部分结构和第二部分结构进入的间隙，且所述两个加热机构中的至少一者与所述支撑架活动配合，并能够在外部作用力的驱使下沿靠近或远离另一者的方向运动，从而改变所述间隙的宽度。
3.根据权利要求2所述用于连续制备大面积钙钛矿组件的设备，其特征在于：所述退火机构还包括驱动机构，所述驱动机构与至少一个加热机构传动配合，并至少用以驱使所述加热机构作直线运动。
4.根据权利要求3所述用于连续制备大面积钙钛矿组件的设备，其特征在于：至少一加热机构通过螺纹连接件与所述支撑架连接，所述驱动机构包括与所述螺纹连接件配合连接的调节旋钮，或者，至少一加热机构通过一导向轴与所述支撑架连接，所述驱动机构包括与所述加热机构传动连接的驱动电机。
5.根据权利要求2所述用于连续制备大面积钙钛矿组件的设备，其特征在于：所述加热机构包括导热带和发热体，所述导热带绕设在至少两个传动轮上，所述发热体设置在所述导热带之间并能够对所述导热带进行加热，以及，所述发热体还与控制器连接，所述控制器至少用于调节所述发热体的发热温度。
6.根据权利要求5所述用于连续制备大面积钙钛矿组件的设备，其特征在于：所述导热带为多层结构，且所述导热带的内部具有石墨烯导热板。
7.根据权利要求1所述用于连续制备大面积钙钛矿组件的设备，其特征在于：所述第一钙钛矿组件加工机构包括沿所述第一传送机构的输送方向依次设置的第一涂布机构、第一抽气机构和第一预退火加热机构；所述第二钙钛矿组件加工机构包括沿所述第二传送机构的输送方向依次设置的第二涂布机构、第二抽气机构和第二预退火加热机构。
8.根据权利要求7所述用于连续制备大面积钙钛矿组件的设备，其特征在于：所述第一涂布机构和第二涂布机构均包括狭缝涂布机构。
9.根据权利要求1所述用于连续制备大面积钙钛矿组件的设备，其特征在于：所述第一传送机构包括多个传动轮以及绕设在所述多个传动轮上的第一传送带，所述第二传送机构包括多个传动轮以及绕设在所述多个传动轮上的第二传送带，其中，所述多个传动轮包括至少一个主动轮和至少一个从动轮，所述主动轮与驱动机构传动连接。
10.根据权利要求1所述用于连续制备大面积钙钛矿组件的设备，其特征在于：所述钙钛矿组件包括钙钛矿太阳能电池，所述第一部分结构包括第一钙钛矿层和与第一钙钛矿层配合的其它结构层，所述第二部分结构包括第二钙钛矿层和与第二钙钛矿层配合的其它结构层。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113540357A (zh) * | 2021-06-21 | 2021-10-22 | 南京邮电大学 | 一种柔性有机太阳能电池及其制备方法 |
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2020
- 2020-10-15 CN CN202022295678.0U patent/CN213278121U/zh active Active
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| CN113540357A (zh) * | 2021-06-21 | 2021-10-22 | 南京邮电大学 | 一种柔性有机太阳能电池及其制备方法 |
| CN113540357B (zh) * | 2021-06-21 | 2024-02-23 | 南京邮电大学 | 一种柔性有机太阳能电池及其制备方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220421 Address after: 215300 room 6, 366 Yuyang Road, Yushan Town, Kunshan City, Suzhou City, Jiangsu Province Patentee after: Kunshan GCL photoelectric materials Co.,Ltd. Address before: 199 Yuanfeng Road, Yushan Town, Kunshan City, Suzhou City, Jiangsu Province Patentee before: Kunshan GCL photoelectric materials Co.,Ltd. Patentee before: Suzhou GCL Nano Technology Co., Ltd |
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| TR01 | Transfer of patent right |