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制造方法及图纸

本发明专利技术提供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；传动装置控制底座或/和涂布头在涂布方向上移动；涂布头的上端与储液器相邻或连接，涂布头上形成有与导电基底接触的涂布末梢，能进行滑动式涂布或滚动式涂布；传动装置的运行速度小于100m/min；钙钛矿前驱体溶液粘度小于10pa*s。由此，可以实现大面积涂布、成膜均一性提高、参数稳定可控、且可以图案化。特别地，本涂布工艺特别适合在介孔层上涂布钙钛矿薄膜。

A coating process and device for perovskite absorbing layer in perovskite solar cells

The invention provides a coating process and device for perovskite absorption layer in perovskite solar cells. The device comprises a coating head, a reservoir for storing perovskite precursor solution, a base and at least one transmission device; a conductive base of a solar cell is fixed on the base; a transmission device controls a base or/and a coating head. Moving in coating direction; the upper end of the coating head is adjacent to or connected with the reservoir, and a coating tip contacting with the conductive substrate is formed on the coating head, which can be used for sliding or rolling coating; the running speed of the transmission device is less than 100 m/min; and the viscosity of perovskite precursor solution is less than 10 pa*s. Thus, large area coating, uniformity of film formation, stable and controllable parameters, and patterning can be realized. In particular, the coating process is particularly suitable for coating perovskite films on mesoporous layers.

【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。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钙钛矿太阳能电池基板上进行涂布的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，本专利技术的一种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；所述传动装置控制所述底座或/和所述涂布头在涂布方向上移动；所述涂布头的上端与所述储液器相邻或连接，所述涂布头上形成有与所述导电基底接触的涂布末梢，能进行滑动式涂布或滚动式涂布；所述传动装置的运行速度小于100m/min；所述钙钛矿前驱体溶液粘度小于10pa*s。根据本专利技术，涂布头相邻或连接在传动装置上，钙钛矿前驱体溶液储液器中的钙钛矿前驱体溶液持续稳定的流入到涂布头的涂布末梢，待钙钛矿前驱体溶液完全浸润涂布末梢后，使涂布头与固定于底座上的太阳能电池导电基底表面接触，再匀速移动涂布头和/或底座，从而形成致密、平整的液膜。又，运行速度连续可调且运行速度小于100m/min，由此可通过调节涂布速度来控制液膜的厚度。进而控制所得干膜厚度。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、且可以图案化。特别地，本涂布工艺特别适合在介孔层上涂布钙钛矿薄膜。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。此外，借助于传动装置，可通过调节涂布速度来控制液膜的厚度，进而控制最终所得干膜的厚度。又，能通过传动装置调节涂布头到导电基底的距离。由此，通过调节此距离，可以控制液膜厚度，在涂布收尾时，可通过调节距离以及涂布速度，改善涂布末端液膜铺展开的不良现象。又，在本专利技术中，也可以是，所述滚动式涂布时，所述涂布头为圆筒状且能绕中心轴自由转动，所述涂布末梢形成于所述涂布头外圈，所述储液器与所述涂布头分离并固定，相对位置保持不变，所述钙钛矿前驱体溶液从所述储液器中流出至所述涂布头外圈的所述涂布末梢，通过所述传动装置，所述涂布头与所述底座相对位移。又，在本专利技术中，也可以是，所述滑动式涂布时，所述涂布末梢形成于所述涂布头下端并与所述导电基底直接接触；所述钙钛矿前驱体溶液从所述储液器中流出至所述涂布头下端的所述涂布末梢，通过所述传动装置，所述涂布头与所述底座相对位移。又，在本专利技术中，也可以是，所述涂布末梢为多孔吸液结构涂布末梢、柔性网格状涂布末梢、或柔性线状阵列式排布涂布末梢。又，在本专利技术中，也可以是，所述多孔吸液结构涂布末梢由纤维、发泡塑料、聚乙烯醇或聚酯形成；所述柔性网格状涂布末梢由棉、麻、丝或化纤形成；所述柔性线状阵列式排布涂布末梢由毛、棕或塑料丝形成。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，所述涂布头的截面形状为连续或断开。由此，涂布头耐化学稳定性高，避免前驱体溶液被污染。图案化的钙钛矿薄膜，省去了后期通过激光刻蚀进行图案化的操作，既降低成本，又避免刻蚀造成的粉尘污染。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，转移至钙钛矿前驱体溶液的储液器中，所述储液器中的所述钙钛矿前驱体溶液流至所述涂布头的涂布末梢，待钙钛矿前驱体溶液完全浸润涂布末梢后，所述涂布头通过涂布末梢与所述导电基底接触并通过所述传动装置匀速移动，从而形成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上，依次制备空穴传输层及对电极。根据本专利技术，使用上述新型的涂布工艺，钙钛矿前驱体溶液储液器中的钙钛矿前驱体溶液，持续稳定的挤压到涂布末梢，涂布末梢和导电基底直接接触，并通过传动装置匀速移动，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。该涂布工艺参数稳定可控，并且可以图案化，从而省去钙钛矿成膜后，再刻蚀的工艺，进一步减少制备成本。又，在本专利技术中，也可以是，所述清洗液包括丙酮、碱洗涤剂、去离子水、丙酮超声；所述导电基底为FTO玻璃；所述空穴阻挡层为TiO2致密层，前驱体溶液溶剂为乙醇和水，包括钛酸四异丙酯、乙酰丙本文档来自技高网...

【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；所述传动装置控制所述底座或/和所述涂布头在涂布方向上移动；所述涂布头的上端与所述储液器相邻或连接，所述涂布头上形成有与所述导电基底接触的涂布末梢，能进行滑动式涂布或滚动式涂布；所述传动装置的运行速度小于100m/min；所述钙钛矿前驱体溶液粘度小于10pa*s。

【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；所述传动装置控制所述底座或/和所述涂布头在涂布方向上移动；所述涂布头的上端与所述储液器相邻或连接，所述涂布头上形成有与所述导电基底接触的涂布末梢，能进行滑动式涂布或滚动式涂布；所述传动装置的运行速度小于100m/min；所述钙钛矿前驱体溶液粘度小于10pa*s。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，所述滚动式涂布时，所述涂布头为圆筒状且能绕中心轴自由转动，所述涂布末梢形成于所述涂布头外圈，所述储液器与所述涂布头分离并固定，相对位置保持不变，所述钙钛矿前驱体溶液从所述储液器中流出至所述涂布头外圈的所述涂布末梢，通过所述传动装置，所述涂布头与所述底座相对位移。4.根据权利要求1所述的涂布装置，其特征在于，所述滑动式涂布时，所述涂布末梢形成于所述涂布头下端并与所述导电基底直接接触；所述钙钛矿前驱体溶液从所述储液器中流出至所述涂布头下端的所述涂布末梢，通过所述传动装置，所述涂布头与所述底座相对位移。5.根据权利要求4所述的涂布装置，其特征在于，所述涂布末梢为多孔吸液结构涂布末梢、柔性网格...

【专利技术属性】
技术研发人员：寿春晖，陈宗琦，邬荣敏，沈曲，洪凌，邵君，赵庆宝，杨松旺，蒋新伟，孙浩，
申请(专利权)人：浙江浙能技术研究院有限公司，浙江天地环保科技有限公司，中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33