CN217544652U - 一种钙钛矿太阳能电池制备装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种钙钛矿太阳能电池制备装置，属于太阳能电池技术领域。其包括机架、加压上室、加压下室、机械爪、注液装置、负压装置以及加热装置。加压上室能够上下移动，并可以与加压下室形成一个密闭的工作腔。加压下室上可以安装第一半电池，机械爪用于将第二半电池与第一半电池对齐。注液装置用于向工作腔内注入钙钛矿前躯体溶液，负压装置用于对工作腔进行抽真空处理，加热装置用于对工作腔加热。本实用新型公开的钙钛矿太阳能电池制备装置结构简单，设备成本低，且钙钛矿前躯体溶液被限制在工作腔内，在完成第一半电池和第二半电池的连接后，这些钙钛矿前躯体溶液不会被浪费，从而节约成本。

Description

一种钙钛矿太阳能电池制备装置

技术领域

本实用新型涉及太阳能电池技术领域，具体而言，涉及一种钙钛矿太阳能电池制备装置。

背景技术

太阳能是一种清洁无污染的可再生能源，如果人类能够充分利用太阳能资源，将对人类社会可持续发展具有重要意义。近年来，基于无机-有机杂化钙钛矿新型太阳能电池，因其制备成本低、光电转换效率高提升快而受到全世界的关注。

目前制备钙钛矿太阳能电池的方法有很多，如旋涂法、真空法、刮涂法、丝网印刷法及喷雾热解法等。如果从钙钛矿膜层的制备过程来分，则大致可分为溶液法和真空法。溶液法是指把钙钛矿的前躯体材料全部溶解在溶剂中，通过旋涂、刮涂、丝网印刷法、喷雾热解法或狭缝涂布等制备钙钛矿膜层；而真空法则是通过热蒸发法、溅射法或进空间升华法等在真空状态下把钙钛矿的前躯体材料直接制备到衬底上，全程没有溶剂参与。

无论是溶液法还是真空法，在制备过程中都不同程度的存在缺陷：1.真空法的设备成本较高。2.溶液法是将钙钛矿前躯体溶液滴加到基底上，利用离心力将溶液均匀的铺满整个基底，由于离心力转速较高，大部分溶液被甩出，造成大量的溶液浪费。

实用新型内容

本实用新型公开了一种钙钛矿太阳能电池制备装置，以改善上述的问题。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是：

基于上述的目的，本实用新型公开了一种钙钛矿太阳能电池制备装置，包括：

机架；

加压上室，所述加压上室与所述机架滑动连接；

用于安装第一半电池的加压下室，所述加压下室安装于所述机架的底部，且所述加压下室位于所述加压上室的移动路径上，所述加压上室与所述加压下室之间形成工作腔，所述加压上室移动以使所述工作腔打开或者关闭；

用于安装第二半电池的机械爪，所述机械爪用于带动所述第二半电池靠近所述第一半电池；

注液装置，所述注液装置的输出端与所述工作腔连通，钙钛矿前躯体溶液沿所注液装置的输出端进入所述工作腔内；

负压装置，所述负压装置的工作端与所述工作腔连通；以及

加热装置，所述加热装置用于控制所述工作腔内的温度。

可选地：还包括用于带动所述第一半电池移动的传输带，所述传输带经过所述加压下室，且所述传输带能够将所述第一半电池送至所述加压下室内。

可选地：所述加热装置安装于所述加压下室内。

可选地：所述加压下室上设置有安装槽，所述安装槽的横截面积大于或者等于所述工作腔的横截面积，所述加热装置安装于所述安装槽内。

可选地：所述负压装置安装于所述加压上室，且所述负压装置的工作端贯穿所述加压上室后与所述工作腔连通。

可选地：所述注液装置的输出端安装于所述加压上室的中间位置。

可选地：所述负压装置的工作压力为0.3MP-1.5MP。

可选地：所述加热装置的工作温度为50度-150度，所述加热装置的工作时间在10-30min之间。

可选地：所述第一半电池和所述第二半电池中的一者包括第一基底、导电层和电子传输层，所述第一基底安装于所述加压下室或者所述机械爪；

另一者包括第二基底、金属电极和空穴传输层，所述第二基底安装于所述机械爪或者所述加压下室。

可选地：所述导电层为FTO或者ITO，所述金属电极为Ag、Al或者Cu中的一种，所述电子传输层为TiO2、ZnO或者C60中的一种，所述空穴传输层材料为Sprio-oMeTAD、NiO、CuO、PEDOT或者PSS中的一种，所述钙钛矿前躯体溶液为CH3NH3PbI3或者CsPbBr3。

与现有技术相比，本实用新型实现的有益效果是：

本实用新型公开的钙钛矿太阳能电池制备装置结构简单，设备成本低，且钙钛矿前躯体溶液被限制在工作腔内，在完成第一半电池和第二半电池的连接后，这些钙钛矿前躯体溶液不会被浪费，从而节约成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1示出了本实用新型实施例公开的钙钛矿太阳能电池制备装置的示意图；

图2示出了本实用新型实施例公开的加压上室与加压下室的连接示意图。

图中：

110-加压上室，111-工作腔，120-加压下室，121-安装槽，130-第一半电池，140-第二半电池，150-注液装置，160-负压装置，170-加热装置。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中公开的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例：

参阅图1，本实用新型实施例公开了一种钙钛矿太阳能电池制备装置，其包括机架(图中未示出)、加压上室110、加压下室120、机械爪(图中未示出)、注液装置150、负压装置160以及加热装置170。加压下室120安装于机架的底部，加压上室110能够相对于机架移动，并可以与加压下室120形成一个密闭的工作腔111。加压下室120上可以安装第一半电池130，机械爪用于将第二半电池140与第一半电池130对齐。注液装置150用于向工作腔111内注入钙钛矿前躯体溶液，负压装置160用于对工作腔111进行抽真空处理，加热装置170用于对工作腔111加热，以使工作腔111内的钙钛矿前躯体溶液达到一定的温度。

本实施例公开的钙钛矿太阳能电池制备装置结构简单，设备成本低，且钙钛矿前躯体溶液被限制在工作腔111内，在完成第一半电池130和第二半电池140的连接后，这些钙钛矿前躯体溶液不会被浪费，从而节约成本。

具体地，参阅图1和图2，加压上室110和加压下室120均安装在机架上，加压下室120固定安装在机架的底部，加压上室110位于加压下室120的上方，加压上室110能够沿机架的高度方向相对于机架移动，且加压下室120位于加压上室110的移动路径上。当加压上室110向下靠近加压下室120时，在加压上室110和加压下室120之间能够形成一个密闭的工作腔111；当加压上室110向上远离加压下室120时，工作腔111被打开，此时可以将第一半电池130和第二半电池140送入工作腔111内，或者将加工完成的太阳能电池从工作腔111内取出。

加压下室120用于安装第一半电池130。在加压下室120上还设置有安装槽121，安装槽121的横截面积大于或者等于工作腔111的横截面积，加热装置170安装于安装槽121内。这样能够令加热装置170对工作腔111的加热更加的均匀，以使钙钛矿前躯体溶液能够更加均匀的分布在工作腔111内。在本实施例中，加热装置170的工作温度为50度-150度，加热装置170的工作时间在10-30min之间。

在加压下室120侧方还设置有用于进行第一半电池130上料的传输带(图中未示出)，传输带经过加压下室120。传输带用于带动第一半电池130移动，且传输带经过加压下室120时，能够将其中的一个第一半电池130送到加压下室120上。在第一半电池130和第二半电池140完成连接后，传输带能够带动成品的太阳能电池离开加压下室120的范围。

机械爪安装于加压上室110，机械爪用于使第二半电池140与第一半电池130对齐，且机械爪能够带动第二半电池140朝向第一半电池130靠近，并最终令第二半电池140与第一半电池130连接在一起。

注液装置150的输出端与工作腔111连通，且注液装置150的输出端基本位于加压上室110的高度方向的中间位置，以使钙钛矿前躯体溶液沿注液装置150进入工作腔111后能够恰好位于第二半电池140和第一半电池130之间。且在设置注液装置150时，令注液装置150的输出端靠近加压上室110的边缘位置，以使钙钛矿前躯体溶液在刚进入到工作腔111时，钙钛矿前躯体溶液流向第一半电池130的边缘位置。

负压装置160安装于加压上室110，且负压装置160的工作端贯穿加压上室110后与工作腔111连通。通过负压装置160能够使得工作腔111内的压力降低，在本实施例中，负压装置160的工作压力为0.3MP-1.5MP。通过负压装置160工作时令工作腔111内达到的压力以及时间，能够改变钙钛矿前躯体溶液在第一半电池130和第二半电池140之间形成的膜层的厚度。

第一半电池130和第二半电池140中的一者包括第一基底、导电层和电子传输层，第一基底安装于加压下室120或者机械爪；另一者包括第二基底、金属电极和空穴传输层，第二基底安装于机械爪或者加压下室120。

当第一半电池130包括第一基底、导电层和电子传输层时，第二半电池140包括第二基底、金属电极和空穴传输层，第一半电池130与第二半电池140结合后形成正式N-I-P结构钙钛矿器件；当第二半电池140包括第一基底、导电层和电子传输层时，第二半电池140包括第二基底、金属电极和空穴传输层，第一半电池130与第二半电池140结合后形成正式P-I-N结构钙钛矿器件。不论正式结构还是反式结构，使第一半电池130和第二半电池140形成两个电极FTO/金属电极或金电极/FTO电极等，都能实现电流的输出。

其中，导电层为FTO或者ITO，金属电极为Ag、Al或者Cu中的一种，电子传输层为TiO2、ZnO或者C60中的一种，空穴传输层材料为Sprio-oMeTAD、NiO、CuO、PEDOT或者PSS中的一种，钙钛矿前躯体溶液为CH3NH3PbI3或者CsPbBr3。

在器件制备过程中，无论是正式结构，还是反式结构完整器件需要逐层制备，其它功能层在制备和加热过程存在重复加热，其它功能层的溶剂气氛和加热也会对钙钛矿层产生负面影响，另外如某一层膜层存在质量问题将影响整个器件的电性能。

公开号为CN109888110B的发明专利公开了一种压合式钙钛矿太阳能电池的制备方法，其第一块半电池由基底、导电层，电子传输层和钙钛矿前躯体层组成，第二块半电池由基底、导电层、空穴传输层和钙钛矿前驱体层组成，将两块半电池通过物理或化学方法加热压合形成压合式钙钛块太阳能电池。此方法是在两块半电池上均需制备钙钛矿薄膜，增加工艺步骤，同时在制备过程中很难保证两块半电池钙钛矿薄膜的一致性和电流匹配问题。

本实施例公开的钙钛矿太阳能电池制备装置在制备太阳能电池时，将钙钛矿前躯体溶液在两块半电池之间采用抽真空方式使前躯体溶液均匀在两块半电池之间成膜，能有效地保证了钙钛矿膜层的一致性。从而改善上述的技术问题。

本实施例公开的钙钛矿太阳能电池制备装置是这样工作的：

首先加压上室110向上移动，加压上室110与加压下室120分离后，传输带工作并将第一半电池130带送至加压下室120内。

之后通过注液装置150将一定量的钙钛矿前躯体溶液送至第一半电池130的边缘位置。

注液动作完成后，通过机械爪带动第二半电池140朝向第一半电池130靠近，待第二半电池140与第一半电池130完全重合后，钙钛矿前躯体溶液刚好均匀填充于第二半电池140和第一半电池130之间。

然后令加压上室110朝向加压下室120靠近，加压上室110与加压下室120抵接后，在加压上室110与加压下室120之间形成一个密闭的工作腔111，第一半电池130和第二半电池140均位于该工作腔111内。此时开启负压装置160，将工作腔111内的压力调节至0.3MP-1.5MP之间，此时钙钛矿前躯体溶液能够均匀的填充在第一半电池130和第二半电池140之间。通过控制工作腔111的压力大小以及保持的时间，可以控制钙钛矿前躯体溶液在第一半电池130和第二半电池140之间形成的膜层的厚度。抽完真空后，第一半电池130与第二半电池140即已结合在一起。

最后再利用加热装置170对工作腔111进行加热，即可将第一半电池130和第二半电池140完全连接为一个整体，此时工作腔111保持上述的状态，不主动调节其内的压力。加热装置170优选地将工作腔111内的温度加热至50-150℃。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钙钛矿太阳能电池制备装置，其特征在于，包括：

机架；

加压上室，所述加压上室与所述机架滑动连接；

用于安装第一半电池的加压下室，所述加压下室安装于所述机架的底部，且所述加压下室位于所述加压上室的移动路径上，所述加压上室与所述加压下室之间形成工作腔，所述加压上室移动以使所述工作腔打开或者关闭；

用于安装第二半电池的机械爪，所述机械爪用于带动所述第二半电池靠近所述第一半电池；

注液装置，所述注液装置的输出端与所述工作腔连通，钙钛矿前躯体溶液沿所注液装置的输出端进入所述工作腔内；

负压装置，所述负压装置的工作端与所述工作腔连通；以及

加热装置，所述加热装置用于控制所述工作腔内的温度。

2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池制备装置，其特征在于，还包括用于带动所述第一半电池移动的传输带，所述传输带经过所述加压下室，且所述传输带能够将所述第一半电池送至所述加压下室内。

3.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池制备装置，其特征在于，所述加热装置安装于所述加压下室内。

4.根据权利要求3所述的钙钛矿太阳能电池制备装置，其特征在于，所述加压下室上设置有安装槽，所述安装槽的横截面积大于或者等于所述工作腔的横截面积，所述加热装置安装于所述安装槽内。

5.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池制备装置，其特征在于，所述负压装置安装于所述加压上室，且所述负压装置的工作端贯穿所述加压上室后与所述工作腔连通。

6.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池制备装置，其特征在于，所述注液装置的输出端安装于所述加压上室的中间位置。

7.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池制备装置，其特征在于，所述负压装置的工作压力为0.3MP-1.5MP。

8.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池制备装置，其特征在于，所述加热装置的工作温度为50度-150度，所述加热装置的工作时间在10-30min之间。

9.根据权利要求1至8任一项所述的钙钛矿太阳能电池制备装置，其特征在于，所述第一半电池和所述第二半电池中的一者包括第一基底、导电层和电子传输层，所述第一基底安装于所述加压下室或者所述机械爪；

另一者包括第二基底、金属电极和空穴传输层，所述第二基底安装于所述机械爪或者所述加压下室。

10.根据权利要求9所述的钙钛矿太阳能电池制备装置，其特征在于，所述导电层为FTO或者ITO，所述金属电极为Ag、Al或者Cu中的一种，所述电子传输层为TiO2、ZnO或者C60中的一种，所述空穴传输层材料为Sprio-oMeTAD、NiO、CuO、PEDOT或者PSS中的一种，所述钙钛矿前躯体溶液为CH3NH3PbI3或者CsPbBr3。

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