CN219660314U - 钙钛矿薄膜退火装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种钙钛矿薄膜退火装置，涉及钙钛矿太阳能电池生产制备领域。包括箱体；所述箱体的内部顶面处安装有通电后可发射红外光谱的红外加热模块；所述红外加热模块的下方安装有用以置放钙钛矿薄膜的退火平台，通过红外加热模块加热退火平台上置放的钙钛矿薄膜；所述红外加热模块为复合层结构，其由下至上依次包括基底、电致发射红外涂层和红外透过层。通过在箱体的内部顶面处安装通电后可发射红外光谱的，具有复合层结构的红外加热模块，能够使得下方的钙钛矿薄膜受热更均匀。具有能够改善钙钛矿薄膜缺陷，提升钙钛矿薄膜质量的优点。
Description
技术领域
本实用新型属于钙钛矿太阳能电池生产制备技术领域，特别涉及一种钙钛矿薄膜退火装置。
背景技术
钙钛矿作为一种人工合成材料，在2009年首次被尝试应用于光伏发电领域后，由于其优异的光电转化效率、低廉的原料成本、较高的能量密度，已经成为新一代光伏材料中可以替代硅电池的高潜力选择。
钙钛矿薄膜质量是影响钙钛矿太阳能电池性能的重要因素，因此提升钙钛矿薄膜的成膜质量是首要任务。
钙钛矿薄膜中的晶界因阻碍载流子传输而降低光伏电池效率，因此，通过退火方法制备大晶粒、少晶界的高品质薄膜，是实现高效稳定钙钛矿电池的关键之一。
现有钙钛矿涂膜工艺中使用的退火方法多为烘箱干燥，存在钙钛矿表面已经被吹干，薄膜内部的部分溶剂还未被去除的问题，从而导致获得的钙钛矿薄膜质量不高，体现为钙钛矿太阳能电池效率较低。另外，这种烘箱式的加热方法受到设备大小限制，难以扩大到实际大量生产中；同时，烘箱式加热95%的能量都用于加热空气，只有5%是有效作用到物料，能耗较高。
CN 112490374 A 公开了一种用于太阳能电池的加热退火装置及其退火方法。红外灯安装于箱体内部顶面，红外灯的开启可以使实验平台内产生红外线，对钙钛矿湿膜进行加热退火。同时，通过控制器和温度传感器控制红外灯的温度，通过红外加热的方法辅以精准的温度控制有利于钙钛矿电池钙钛矿层加热退火结晶的均一性。
说明书中提供了不同数量红外灯的实施例，但是使用中，顶部的若干红外灯中若有任一红外灯损坏而无法正常产生红外线的情况下，会造成下方的钙钛矿薄膜受热不均匀，除此以外，文中的加热方式依然是点对面的形式，存在加热不均匀的问题，以上问题都可能影响成膜质量。
综上所述，如何提供一种能够改善加热不均匀问题，提高成膜质量的钙钛矿薄膜退火装置是当前亟需解决的技术问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供了一种钙钛矿薄膜退火装置，通过在箱体的内部顶面处安装通电后可发射红外光谱的具有复合层结构的红外加热模块，能够使得下方的钙钛矿薄膜受热更均匀。
本实用新型提供了一种钙钛矿薄膜退火装置，包括箱体；
所述箱体的内部顶面处安装有通电后可发射红外光谱的红外加热模块；
所述红外加热模块的下方安装有用以置放钙钛矿薄膜的退火平台，通过红外加热模块加热退火平台上置放的钙钛矿薄膜；
所述红外加热模块为复合层结构，其由下至上依次包括基底、电致发射红外涂层和红外透过层。
进一步，所述箱体包括可开合的顶盖。
进一步，所述红外加热模块覆盖烘箱顶盖内部，与退火平台面对面相对设置。
进一步，所述箱体包括可开合的前门。
进一步，所述箱体上设置有允许气体通过的进气口。
进一步，所述基底为绝缘基底。
进一步，所述电致发射红外涂层包括金属氧化物涂层、石墨烯涂层或导电聚合物涂层。
进一步，所述红外透过层包括PMMA板。
进一步，还包括温度控制装置。
本实用新型由于采用以上技术方案，与现有技术相比，作为举例，具有以下的优点和积极效果：
通过在箱体的内部顶面处安装通电后可发射红外光谱的具有复合层结构的红外加热模块，相比传统加热方式，利用红外线能与有机溶剂吸收谱实现良好匹配的性质，能够穿透至薄膜内部，从而实现最佳红外吸收与能量传递效果，克服了表面溶剂先于内部溶剂干燥的缺陷。
通过将具有复合层结构的红外加热模块覆盖烘箱顶盖内部，并与退火平台面对面相对设置，相比传统点对面形式的加热，温度控制更精确，能够使得下方的钙钛矿薄膜受热更均匀，有利于提高钙钛矿薄膜成膜质量，并且减少了能量散失，能耗更低。
除此以外，本装置整体结构简单，易于使用和维护，适宜于大范围生产应用和推广。
附图说明
图1为本实用新型提供的钙钛矿薄膜退火装置的结构示意图。
图2为本实用新型提供的红外加热模块的复合层结构示意图。
附图标记说明：
钙钛矿薄膜退火装置100，进气口110，排气口120；
箱体200，转轴210，顶盖220，开合控制部230，前门240；
退火平台300；
红外加热模块400，基底410，电致发射红外涂层420，红外透过层430。
实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型公开的技术方案作进一步详细说明。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。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讨论。
需说明的是，本说明书所附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定实用新型可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应落在实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。本实用新型的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所述的或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本实用新型的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
本实用新型提供了一种钙钛矿薄膜退火装置100，如图1所示，包括箱体200。
优选的，所述箱体包括可开合的顶盖220。本实施例中，顶盖220通过转轴210与箱体活动连接，顶盖220可以转轴为中心，相对箱体转动。
优选的，所述箱体包括可开合的前门240。本实施例中，前门240为透明结构，可观察到箱体内部。同理，前门240相对箱体转动同样可通过设置转轴实现。
优选的，前门240和顶盖220的开合均通过开合控制部230来触发，并通过箱体内部设置的控制器进行控制。本实施例中，开合控制部230设置于箱体侧面，当然设置于其他位置也是可以的。
作为举例而非限定，开合控制板可包括两个按钮，分别对应前门和顶盖的开启。通过按钮颜色的不同来区分对应前门还是顶盖。
所述箱体上设置有允许气体通过的进气口110。
所述箱体上设置有与外部连通的排气口120。
通过进气口和排气口，使得气体能够进出箱体，流通于箱体。
优选的，还包括温度控制装置。作为举例而非限定，温度控制装置包括设置于箱体内的温度感应器，以及温度控制器。通过温度感应器检测箱体内的温度，并通过温度控制器对箱体内的温度进行降温或升温的调控。
可选的，可在箱体外表面上设置温度显示区域，所述温度显示区域分别与温度感应器和控制器电连接，用以显示温度感应器检测的箱体内的温度，便于使用者观察。
所述箱体内设置有用以置放钙钛矿薄膜的退火平台300，还包括设于退火平台上方的红外加热模块400，所述红外加热模块400通电后可发射红外光谱，从而加热退火平台上置放的钙钛矿薄膜。
优选的，所述红外加热模块400安装于箱体的内部顶面处。
更进一步的，红外加热模块覆盖烘箱顶盖内部，并且与退火平台面对面相对设置。这样的面对面加热的设置下，相比传统点源加热，下方退火平台上的钙钛矿薄膜更能均匀受热，从而得以提升钙钛矿薄膜的成膜质量。
所述红外加热模块400为复合层结构，如图2所示，其由下至上依次包括基底410、电致发射红外涂层420和红外透过层430。
优选的，所述基底410为绝缘基底，更进一步，选用耐温耐压的绝缘材质制作。作为举例而非限定，所述基底为氧化铝陶瓷基底。
可选的，基底的厚度为40um。
优选的，所述电致发射红外涂层420包括金属氧化物涂层、石墨烯涂层或导电聚合物涂层，厚度约为20-40um。
其中，所述金属氧化物涂层包括但不限于氧化铁、氧化铜等。
导电聚合物涂层包括但不限于聚吡咯、聚苯胺。
优选的，所述红外透过层430包括PMMA板。
可选的，红外透过层的厚度为20um。
实施例
本实施例中，选用PET基底的ITO导电膜，依次用离子水、乙醇、丙酮、异丙醇通过超声波清洗机清洗各15min，再进行20分钟的UV-臭氧处理；
将SnO2分散液狭缝涂布在ITO 导电膜上，形成电子传输层；
钙钛矿为Cs0.05FA0.95PbI3体系，溶剂为DMF/DMSO，配制成0.8M的钙钛矿前驱体溶液，狭缝涂布在电子传输层上，形成钙钛矿湿膜。
由卷对卷制膜装置中的传送辊将钙钛矿湿膜送入如上述中任一项所描述的钙钛矿薄膜退火装置，其中该装置内部顶面处的复合层结构红外加热模块，由下至上依次包括厚度为40um的基底、厚度为40um的电致发射红外涂层和厚度为20um红外透过层。钙钛矿湿膜在150℃下退火20min，得到钙钛矿层。
在钙钛矿层上涂布空穴传输层，优选Spiro-OMeTAD，再在空穴传输层上蒸镀Ag电极。
对比例
本对比例的钙钛矿太阳能电池的制备方法同上述实施例，区别在于，钙钛矿湿膜进入烘箱干燥，所述烘箱由不锈钢发热管通电后发热，经过高效离心风机利用空气流动将发热管中的热量带到烘箱内部，在烘箱内与被烘烤物品进行热量交换，以达到烘烤或干燥的目的。
采用常规方法对以上实施例和对比例中的钙钛矿薄膜电池进行性能测试，可发现经过本实用新型所提供的钙钛矿薄膜退火装置处理的薄膜太阳能电池组件寿命较经传统烘箱处理的薄膜太阳能电池组件寿命表现更佳。
在本公开内容的目标保护范围内，像“包括”等术语应当默认被解释为包括性的或开放性的，而不是排他性的或封闭性，除非其被明确限定为相反的含义。所有技术、科技或其他方面的术语都符合本领域技术人员所理解的含义，除非其被限定为相反的含义。在词典里找到的公共术语应当在相关技术文档的背景下不被太理想化或太不实际地解释，除非本公开内容明确将其限定成那样。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种钙钛矿薄膜退火装置，其特征在于：包括箱体；
所述箱体的内部顶面处安装有通电后可发射红外光谱的红外加热模块；
所述红外加热模块的下方安装有用以置放钙钛矿薄膜的退火平台，通过红外加热模块加热退火平台上置放的钙钛矿薄膜；
所述红外加热模块为复合层结构，其由下至上依次包括基底、电致发射红外涂层和红外透过层。
2.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜退火装置，其特征在于：所述箱体包括可开合的顶盖。
3.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜退火装置，其特征在于：所述红外加热模块覆盖烘箱顶盖内部，与退火平台面对面相对设置。
4.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜退火装置，其特征在于：所述箱体包括可开合的前门。
5.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜退火装置，其特征在于：所述箱体上设置有允许气体通过的进气口。
6.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜退火装置，其特征在于：
所述箱体上设置有与外部连通的排气口。
7.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜退火装置，其特征在于：所述基底为绝缘基底。
8.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜退火装置，其特征在于：所述电致发射红外涂层包括金属氧化物涂层、石墨烯涂层或导电聚合物涂层。
9.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜退火装置，其特征在于：所述红外透过层包括PMMA板。
10.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜退火装置，其特征在于：还包括温度控制装置。
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