一种卷对卷印刷制备钙钛矿太阳能电池组件的方法技术

本发明专利技术公开了一种卷对卷印刷制备钙钛矿太阳能电池组件的方法，包括：采用太阳能电池生产设备，利用卷对卷工艺，在基底上制备钙钛矿太阳能电池功能层和背电极，所述功能层包括空穴传输层、钙钛矿层和电子传输层，得到钙钛矿太阳能电池片，即太阳能电池组件；其中，所述太阳能电池生产设备中包含近红外加热系统与空气加热系统，在制备钙钛矿层时进行协同加热。本发明专利技术的方法可以实现自动化、连续化和规模化，可以实现钙钛矿太阳能电池高效快速制备，得到的钙钛矿组件面积、大小和形状可以根据需要灵活控制，节约原料，适应市场需求形成钙钛矿太阳能电池组件。

Method for preparing perovskite solar cell module by roll to roll printing

The invention discloses a method for preparing perovskite volume, solar cell module volume printing includes the use of solar cell production equipment, the use of roll to roll process, preparation of perovskite solar cell function layer and back electrode on the substrate, the functional layer includes a hole transport layer, perovskite layer and electron transport layer. Get the perovskite solar cell, namely solar cell components; the near infrared heating system and air heating system comprising a solar cell production equipment, CO heating in the preparation of perovskite at. The method of the invention can realize automation, continuous and large-scale, efficient solar cells can achieve rapid preparation of perovskite and perovskite assembly area, size and shape can be controlled flexibly, saving raw materials according to the need to adapt to market demand, the formation of perovskite solar cell assembly.

【技术实现步骤摘要】
一种卷对卷印刷制备钙钛矿太阳能电池组件的方法
本专利技术属于能源材料技术相关领域，涉及一种钙钛矿太阳能电池组件的制备方法，尤其是一种卷对卷印刷制备钙钛矿太阳能电池组件的方法。
技术介绍
钙钛矿太阳能电池(perovskitesolarcells)在09年以后兴起的新型太阳能电池，由于其溶液法制备，可低温制备，高效率而备受期待。其原理是：接受太阳光照射时，钙钛矿层首先吸收光子产生电子-空穴对。由于钙钛矿材激子束缚能的差异，这些载流子或者成为自由载流子，或者形成激子；然后，这些未复合的电子和空穴分别别电子传输层和空穴传输层收集，即电子从钙钛矿层传输到电子传输层，最后被导电基底收集；空穴从钙钛矿层传输到空穴传输层，最后被金属电极收集。钙钛矿太阳能电池由下到上分别为玻璃导电基底(FTO)、电子传输层(ETM)、钙钛矿光吸收层(含多孔支架)、空穴传输层(HTM)以及背电极。在钙钛矿发展历程中，包括“一步法”，“两步法”，“双源气相沉积法”，“闪蒸法”等等制备方法都已经提出，但目前仍然以旋涂法为主导工艺。目前的旋涂工艺存在许多问题。首先是旋涂过程中会有部分原料随着高速旋转过程被甩出，是一种巨大的浪费。其次，旋涂法无法实现连续印刷，限制了生产速率。第三，旋涂法不适合大面积组件生产，这对钙钛矿产业化而言是一个巨大限制。刮刀刮涂法相对旋涂法而言具有节约原料，快速制备等等优势，但刮涂法只能连续成片印刷，无法形成特定的条带，限制了工艺的进一步发展。在目前钙钛矿大面积印刷中，所使用的基底仍然以玻璃基底为主，玻璃基底相对可重复率高，基底制备工艺成熟，但由于无法弯折，无法连续加工，无法适应钙钛矿太阳能电池未来的应用前景。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术旨在提供一种卷对卷印刷制备钙钛矿太阳能电池组件的方法，实现钙钛矿太阳能电池高效快速制备，形成钙钛矿太阳能电池组件，同时可以控制生产成本的增加以及不利因素的引入。为达上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种卷对卷印刷制备钙钛矿太阳能电池组件的方法，所述方法包括：采用太阳能电池生产设备，利用卷对卷工艺，在基底上制备钙钛矿太阳能电池功能层和背电极，所述功能层包括空穴传输层、钙钛矿层和电子传输层，得到钙钛矿太阳能电池片，即太阳能电池组件；所述太阳能电池生产设备中包含近红外加热系统与空气加热系统(未示出)，其中，近红外加热系统与空气加热系统包含在干燥系统二中，在制备钙钛矿层时进行协同加热，实现钙钛矿层迅速退火，提高钙钛矿层成膜质量，使成膜更加均匀，并缩短钙钛层制备时间从而缩短整个工期。图1是在制备钙钛矿层时加热装置的结构示意图，其中，A1代表空气加热系统，A2代表红外加热系统，A代表钙钛矿加热系统，B代表热板。所述空气加热系统可以是热板，用于加热空气。所述红外加热系统可以是红外加热管，用于红外加热，使钙钛矿迅速结晶。本专利技术的钙钛矿太阳能电池组件的简图参见图2，其中，C代表电池有效区，D代表空白区。作为本专利技术所述方法的优选技术方案，所述太阳能电池生产设备中包含裁切系统(未示出)，采用裁切系统对钙钛矿太阳能电池片进行裁切，此过程可自动实现，即卷对卷完成后实现自动切片，改变太阳能电池的尺寸，适应多样化需求。优选地，所述太阳能电池生产设备中包含光学检测系统(未示出)，以对钙钛矿太阳能电池片进行检测。本专利技术中，裁切系统和光学检测系统配合使用，利用光学仪器检测膜均匀程度，根据均匀程度进行裁剪，从而提高不同器件均一性和稳定性。图3为裁切系统和光学检测系统配合使用的流程图，其中，最后功能层例如可以是空穴层。而且，在切割后，还可以进行组装形成太阳能电池阵列的步骤。本专利技术的方法可以实现功能层和背电极的连续化及规模化生产，形成大面积组件，制备功能层和背电极的方式为涂布或印刷中的任意一种或两种的组合，优选为连续涂布或连续印刷中的任意一种或两张的组合。优选地，所述太阳能电池生产设备中包含狭缝印刷系统、丝网印刷系统和凹版印刷系统，这几个系统之间相互独立，都可以实现对功能层(空穴传输层、钙钛矿层和电子传输层)和背电极的涂布或印刷，本领域技术人员可以根据需要进行选择。本专利技术中，利用狭缝印刷可以改变太阳能电池的具体图案。作为本专利技术所述方法的优选技术方案，所述太阳能电池生产设备中包含复合系统，用以复合封装膜，得到具有封装膜的钙钛矿太阳能电池片。优选地，复合封装膜采用的方法为辊压成型。本优选技术方案基于现代高分子工艺，可以实现复合与封装。得到的钙钛矿太阳能电池包括电池片和封装膜两部分，其中，电池片可通过狭缝印刷等工艺制得，封装膜可通过辊压成型的方法制得。作为本专利技术所述方法的优选技术方案，所述基底为柔性基底，以取代传统玻璃基底进行后续印刷等工序。优选地，所述基底在使用前经过清洗。优选地，制备钙钛矿层使用的钙钛矿前驱体中掺有氯源，所述氯源优选为氯化铅和/或氯化铵，进一步优选为氯化铅。通过引入氯元素，可以提高钙钛矿层在空气中成膜的均匀性和稳定性。优选地，所述氯源占钙钛矿前驱体总质量的3％～8％，例如3％、3.5％、4％、4.5％、5％、6％、6.5％、7％或8％等。优选地，制备钙钛矿层使用的钙钛矿前驱体中掺有硫氰根离子，且含硫氰根离子的物质占钙钛矿前驱体总质量的3％～5％，例如3％、3.5％、4％、4.5％、4.8％或5％等。通过引入硫氰根离子，可以提高钙钛矿层在空气中的稳定性。优选地，制备电子传输层使用的电子传输层前驱体的溶质包括二氧化锡和/或二氧化钛，从而兼具很好的效果和低成本，优选为二氧化锡。。优选地，制备电子传输层使用的电子传输层前驱体的溶剂为氯代烷烃或氯代烷烃和醇的混合物，优选为氯代烷烃和醇的混合物。本专利技术选用氯代烷烃或氯代烷烃和醇的混合物作为溶剂，取代了传统的氯苯溶剂，实现绿色生产。作为本专利技术所述方法的更进一步优选技术方案，所述方法包括：采用太阳能电池生产设备，利用卷对卷工艺，制备具有封装层的钙钛矿太阳能电池片，其中，所述太阳能电池生产设备中包含近红外加热系统与空气加热系统，在制备钙钛矿层时进行协同加热；具体地，依次进行如下步骤：(1)基底预处理；(2)放卷；(3)在柔性基底上依次制备空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层和背电极；(4)复合，以在背电极的表面制备封装膜；(5)收卷；(6)切片；或者，具体地，依次进行如下步骤：(1)基底预处理；(2)放卷；(3)在柔性基底上依次制备电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和背电极；(4)复合，以在背电极的表面制备封装膜；(5)收卷；(6)切片。本专利技术中，基底预处理优选为基底清洗。本专利技术中，首先对基底进行预处理，随后通过滚轮牵引基底，利用狭缝或凹版，或丝网印刷方式对钙钛矿功能层就行连续涂布，通过印刷方式获得背电极，通过辊压成型技术利用封装材料将电池片封装，随后主动切片，完成整个电池片的组装。作为本专利技术所述方法的优选技术方案，所述钙钛矿太阳能电池片串联和并联形成钙钛矿太阳能电池阵列。所述串联和并联是电路设计的过程，通过此电路设计，可以将钙钛矿电池组件形成连续工作的阵列。阵列的大小可以不同，组成的组件modules通过背电极或者导线相连。与已有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术基于柔性基底，利用狭缝印刷，丝网印刷，凹版印刷等基础工艺，实现连续生产，钙钛矿太阳能电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种卷对卷印刷制备钙钛矿太阳能电池组件的方法，其特征在于，所述方法包括：采用太阳能电池生产设备，利用卷对卷工艺，在基底上制备钙钛矿太阳能电池功能层和背电极，所述功能层包括空穴传输层、钙钛矿层和电子传输层，得到钙钛矿太阳能电池片，即太阳能电池组件；所述太阳能电池生产设备中包含近红外加热系统与空气加热系统，在制备钙钛矿层时进行协同加热。

【技术特征摘要】
1.一种卷对卷印刷制备钙钛矿太阳能电池组件的方法，其特征在于，所述方法包括：采用太阳能电池生产设备，利用卷对卷工艺，在基底上制备钙钛矿太阳能电池功能层和背电极，所述功能层包括空穴传输层、钙钛矿层和电子传输层，得到钙钛矿太阳能电池片，即太阳能电池组件；所述太阳能电池生产设备中包含近红外加热系统与空气加热系统，在制备钙钛矿层时进行协同加热。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述太阳能电池生产设备中包含裁切系统，采用裁切系统对钙钛矿太阳能电池片进行裁切。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述太阳能电池生产设备中包含光学检测系统，以对钙钛矿太阳能电池片进行检测。4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，制备功能层和背电极的方式为涂布或印刷中的任意一种或两种的组合，优选为连续涂布或连续印刷中的任意一种或两种的组合。5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述太阳能电池生产设备中包含狭缝印刷系统、丝网印刷系统和凹版印刷系统。6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述太阳能电池生产设备中包含复合系统，以复合封装膜，得到具有封装膜的钙钛矿太阳能电池片；优选地，复合封装膜采用的方法为辊压成型。7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述基底为柔性基底；优选地，所述基底在使用前经过清洗；优选地，制备钙钛矿层使用的钙钛矿前驱体中掺有氯...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐保民，高集舒，胡杭，刘畅，王登，陈佳邦，张罗正，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东,44