本发明专利技术的一种钙钛矿太阳能电池中钙钛矿吸光层的涂布工艺及装置，该装置具备：涂布头、用于储存钙钛矿前驱体溶液的储液器、底座和至少一个传动装置；底座固定有太阳能电池的导电基底；涂布头的上端与储液器相邻，且涂布头和储液器的相对位置在移动过程中始终保持不变；传动装置控制底座或涂布头在涂布方向上移动，通过钙钛矿前驱体溶液的液滴在涂布头处产生的弯月面力在导电基底上形成钙钛矿薄膜。由此，可以实现大面积涂布、成膜均一性提高、参数稳定可控、且可以直接图案化涂膜。
【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳能电池中钙钛矿吸光层的涂布工艺及装置
本专利技术涉及钙钛矿太阳能电池，具体涉及一种钙钛矿太阳能电池中钙钛矿吸光层的涂布工艺及装置。
技术介绍
在过去10年里，钙钛矿太阳能电池因其十分突出的优点而发展迅速，具体地，钙钛矿太阳能电池制作简单、成本较低，可制备柔性、透明电池。同时，其还具有较为适宜的带隙宽度，可通过改变其带隙来控制电池的颜色，制备彩色电池。再者，其电荷扩散长度高达微米级，电荷寿命较长。另外，其独特的缺陷特性，使钙钛矿晶体材料既可呈现n型半导体的性质，也可呈现p型半导体的性质，因而其应用更加多样化。因此，钙钛矿太阳能电池及相关材料已成为光伏领域研究方向，目前获得了超过23％的光电转换效率，能大幅降低太阳能电池的使用成本，应用前景十分广阔。钙钛矿太阳能电池主要由三部分组成：透明导电电极、钙钛矿吸光层以及对电极。在钙钛矿电池中，由于钙钛矿材料本身空穴传输能力有限，需要在钙钛矿层与电极之间插入一层空穴传输材料以获得更高的能量转换效率。普通结构中，透明导电电极的导电基底和钙钛矿吸光层中间有电子传输层和空穴阻挡层，对电极和钙钛矿吸光层中有空穴传输层。目前普遍认为，钙钛矿吸光层是整个电池的关键，其平整和致密直接影响其电子迁移率、电子寿命和光电转换性能，制作工艺的重要性可想而知。然而目前的小电池制备中，钙钛矿吸光层普遍使用的旋转涂布法，旋涂完可以很明显看到有旋涡状的花纹，当基板越大时越明显。由此可见，该涂布工艺制作的膜的均一性并非十分理想，小电池时可能影响不大，但随着将来产业化进程加快，大尺寸基板的需求势必随之而来，因而急需更好的涂布工艺来替代。相对于此，专利文献1公开了一种利用溶液抽气法制备钙钛矿太阳能电池中钙钛矿的方法，并且专利文献2公开了一种基于磁场调控的制备钙钛矿太阳能电池中钙钛矿的方法。其目标都是为了获得表面平整致密的钙钛矿薄膜。但是，上述方法均工艺复杂，且设备成本较高，大规模生产时存在弊端。现有技术文献：专利文献：专利文献1：中国专利公开CN105702870A；专利文献2：中国专利公开CN107482121A。
技术实现思路
专利技术要解决的问题：鉴于以上存在的问题，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种适用于在大面积基板上涂布钙钛矿吸光层的涂布工艺及装置。解决问题的手段：为了解决上述技术问题，本专利技术的钙钛矿太阳能电池中钙钛矿吸光层的涂布装置，具备：涂布头、用于储存钙钛矿前驱体溶液的储液器、底座和至少一个传动装置；所述底座固定有太阳能电池的导电基底；所述涂布头的上端与所述储液器相邻，且所述涂布头和所述储液器的相对位置在移动过程中始终保持不变；所述传动装置控制所述底座或所述涂布头在涂布方向上移动，通过所述钙钛矿前驱体溶液的液滴在所述涂布头处产生的弯月面力在所述导电基底上形成钙钛矿薄膜。根据本专利技术，储液器中的钙钛矿前驱体溶液持续稳定的流入到涂布头表面，从而在固定于底座上的电极表面匀速涂布。本装置充分利用了液体与固体接触时分子间相互作用而形成的表面张力，使钙钛矿前驱体溶液的液滴在接触液面时形成弯月面，在接触面间产生引力和排斥力，即产生弯月面力。可通过传动装置调节沿涂布方向上的涂布速度来控制液膜的厚度，从而控制最终所得干膜的厚度。利用这种弯月面力制作的钙钛矿吸光层，对比常用的旋转涂膜方式，本工艺可以实现大面积涂布、成膜均一性提高、参数稳定可控、且可以直接图案化涂膜。又，在本专利技术中，也可以是，所述传动装置连接所述底座，形成为所述涂布头和所述储液器固定而所述底座移动的结构；或者，所述传动装置连接所述涂布头和所述储液器，形成为所述底座固定而所述涂布头和所述储液器共同移动的结构；或者，所述传动装置分别与所述底座、和与所述涂布头及所述储液器连接，形成为所述底座和所述涂布头均可移动的结构；所述底座通过机械定位或真空吸附固定所述导电基底；通过传动装置还能调节所述涂布头到所述导电基底的距离。借助于此，能形成灵活的移动结构，增加适用性。并且，通过传动装置调节涂布头到导电基底的距离，可控制液膜厚度，尤其在涂布收尾时，可通过连续调节间隙以及涂布速度，改善涂布末端液膜铺展开的不良现象，进一步确保成膜。又，在本专利技术中，也可以是，所述涂布头由耐极性溶剂腐蚀、耐酸碱和强氧化还原剂的材质形成；在所述涂布头外侧包裹浸润性佳、耐腐蚀的包裹材。由此，涂布头耐化学腐蚀的稳定性高，可以保持涂布头不被化学腐蚀，避免前驱体溶液被污染。又，在本专利技术中，也可以是，所述涂布头的尺寸根据实际所需的图案调节，当所述涂布头的长度大于5mm时，在涂布头上设有引导液体流动的槽。引导液体流动的槽(引流槽)是针对一整条长度大于5mm涂布头设立的，为了保证在涂布头长度方向上的液膜均一性，通过引流槽流入到涂布头与导电基底的距离液膜会重新汇聚，使得液膜更加平整，可进一步提高液膜的均一性。又，在本专利技术中，也可以是，沿所述涂布头的长度方向每隔规定距离形成隔离区；所述隔离区，从正面观察呈长方形、三角形或圆弧形。由此，通过在涂布头表面设立间隔区域可以使得涂布液膜图案化，具体地，在涂布时弯月面液柱会随之隔开，通过涂布头与底座相互移动，从而形成条纹状图案。又，在本专利技术中，也可以是，所述储液器形成为由耐极性溶剂腐蚀、耐酸碱和强氧化还原剂的材质形成内部密闭环境的结构，并设有至少一个气孔和输液孔；所述气孔连接压缩空气、气体钢瓶或泵，通过气体压力来控制所述钙钛矿前驱体溶液的流出速度；所述输液孔外接储液罐，持续提供钙钛矿前驱体溶液，并且能使钙钛矿前驱体溶液持续稳定地从所述储液器的缝隙中流出。由此，可在大批量生产时，持续提供钙钛矿前驱体溶液，并且能使前驱体溶液持续稳定地从缝隙中流出，进一步确保液膜均一性。又，在本专利技术中，也可以是，所述储液器上还设有吸液孔；所述吸液孔在涂布收尾时吸走多余的所述钙钛矿前驱体溶液。又，在本专利技术中，也可以是，所述底座的材质为聚四氟乙烯、或含氟塑料、不锈钢316、钛合金、大理石或玻璃。由此，由于钙钛矿前驱体溶液具有化学腐蚀性，因此选用这些材质可以避免操作过程中底座被化学腐蚀。另一方面，选用大理石或耐化学腐蚀金属这些密度较大的材质，可以增大底座的质量，使得底座更加平稳，从而提高涂布均一性和成膜质量。一种钙钛矿太阳能电池中钙钛矿吸光层薄膜的涂布工艺，包括：1)用清洗液清洗导电基底后吹干，在所述导电基底的基板上制备空穴阻挡层；2)在所述空穴阻挡层上，依次烧结制备电子传输层和绝缘层；3)制备钙钛矿前驱体溶液后，储液器中的所述钙钛矿前驱体溶液通过储液器的缝隙流出，沿着涂布头，流到涂布头与所述导电基底之间，由于弯月面力的作用，在涂布头与导电基底间形成致密平整的液膜，导电基底可通过真空或机械定位等方式，固定在底座上，通过涂布头和底座的相互位移，在导电基底上制备未经热处理的钙钛矿吸光层，随后退火；4)在所述钙钛矿吸光层薄膜上，依次制备空穴传输层、对电极。根据本专利技术，使用上述新型的涂布工艺，储液器中的钙钛矿前驱体溶液，持续稳定的流入到涂布头表面，由于重力，向下方汇聚，从而能利用到液体的弯月面力，形成致密、平整的液膜，从而改善电子迁移率、电子寿命和光电转换性能。在涂布头上设有引导液体流动的槽，使得液膜更加平整。该涂布工艺参数稳定可控，并且可以通过在涂布头表面设立间隔区域可以使得本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种钙钛矿太阳能电池中钙钛矿吸光层的涂布装置，其特征在于，具备：涂布头、用于储存钙钛矿前驱体溶液的储液器、底座和至少一个传动装置；所述底座固定有太阳能电池的导电基底；所述涂布头的上端与所述储液器相邻，且所述涂布头和所述储液器的相对位置在移动过程中始终保持不变；所述传动装置控制所述底座或所述涂布头在涂布方向上移动，通过所述钙钛矿前驱体溶液的液滴在所述涂布头处产生的弯月面力在所述导电基底上形成钙钛矿薄膜。
【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池中钙钛矿吸光层的涂布装置，其特征在于，具备：涂布头、用于储存钙钛矿前驱体溶液的储液器、底座和至少一个传动装置；所述底座固定有太阳能电池的导电基底；所述涂布头的上端与所述储液器相邻，且所述涂布头和所述储液器的相对位置在移动过程中始终保持不变；所述传动装置控制所述底座或所述涂布头在涂布方向上移动，通过所述钙钛矿前驱体溶液的液滴在所述涂布头处产生的弯月面力在所述导电基底上形成钙钛矿薄膜。2.根据权利要求1所述的涂布装置，其特征在于，所述传动装置连接所述底座，形成为所述涂布头和所述储液器固定而所述底座移动的结构；或者，所述传动装置连接所述涂布头和所述储液器，形成为所述底座固定而所述涂布头和所述储液器共同移动的结构；或者，所述传动装置分别与所述底座、和与所述涂布头及所述储液器连接，形成为所述底座和所述涂布头均移动的结构；所述底座通过机械定位或真空吸附固定所述导电基底；通过传动装置还能调节所述涂布头到所述导电基底的距离。3.根据权利要求1所述的涂布装置，其特征在于，所述涂布头由耐极性溶剂腐蚀、耐酸碱和强氧化还原剂的材质形成；在所述涂布头外侧包裹浸润性佳、耐腐蚀的包裹材。4.根据权利要求1所述的涂布头，其特征在于，所述涂布头的尺寸根据实际所需的图案调节，当所述涂布头的长度大于5mm时，在所述涂布头上设有引导液体流动的槽。5.根据权利要求1所述的涂布头，其特征在于，沿所述涂布头的长度方向每隔规定距离形成隔离区；所述隔离区，从正面观察呈长方形、三角形或圆弧形。6.根据权利要求1所述的涂布装置，其特征在于，所述储液器形成为由耐极性溶剂腐蚀、耐酸碱和强氧化还原剂的材质形成内部密闭环境的结构，并设有至少一个气孔和输液孔；所述气孔连接压缩空气、气体钢瓶或泵，通过气体压力来控制所述钙钛矿前驱体溶...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨松旺，陈宗琦，邵君，赵庆宝，寿春晖，沈曲，邬荣敏，洪凌，刘寒梅，陈文华，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，浙江天地环保科技有限公司，浙江浙能技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31
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