应用于制备钙钛矿薄膜的液池、设备及钙钛矿太阳能电池制造技术

本实用新型专利技术公开了一种应用于制备钙钛矿薄膜的液池、设备及钙钛矿太阳能电池，应用于生产钙钛矿薄膜，创造性的集成了印刷技术、化学沉积和两步加热退火工艺。印刷工艺制备无机成分薄膜，干燥后浸泡到有机成分溶液中进行化学沉积，通过调控无机成分溶液浓度、印刷参数来控制无机成分薄膜的厚度，通过调控有机成分溶液浓度、浸泡长度和跑膜速度控制钙钛矿的反应速度和有机成分的沉积厚度，通过加热退火生长钙钛矿薄膜。该工艺系统的将四个过程集成到一条生产线上，四个过程同步操作，大大提高了生产效率，化学沉积的可控性也提高了钙钛矿薄膜的均匀性。

Liquid pool, equipment and perovskite solar cells for Perovskite Thin Films

【技术实现步骤摘要】
应用于制备钙钛矿薄膜的液池、设备及钙钛矿太阳能电池
本技术涉及钙钛矿薄膜及钙钛矿太阳能电池研发生产领域，特别涉及一种应用于制备钙钛矿薄膜的液池、设备及钙钛矿太阳能电池。
技术介绍
能源短缺和环境污染仍是制约当今社会发展面临的两大危机，开发利用清洁可持续的太阳能是解决这两大危机的有效手段之一。传统硅基太阳能电池的生产工艺十分复杂，而且面临着高能耗、环境污染问题，这与发展太阳能电池的初衷相背离，另外，硅基太阳能电池的效率已经接近极限，成本空间也十分有限。而近十年来，钙钛矿太阳能电池的爆发式发展，让我们看到了新一代太阳能电池的崛起。近年来，随着钙钛矿太阳能电池转换效率的不断突破，产业化的呼声越来越高，实验室小面积钙钛矿太阳能电池性能的提高主要源于钙钛矿薄膜质量的提高，因此，在开发钙钛矿太阳能电池产业化进程中，如何控制钙钛矿薄膜质量成为重中之重。实验室制备小面积钙钛矿薄膜有很多成功的经验，比如开发了两步法，先沉积铅盐薄膜，再沉积胺盐薄膜，结合退火工艺，能够有效的控制钙钛矿结晶和薄膜的表面形貌，基于两层薄膜的沉积提供了多种沉积方法的组合，比如东南大学开发的两步物理真空气相沉积的方法，而暨南大学开发了两步狭缝涂布的方法。目前，钙钛矿太阳能电池的最佳制备方法仍然是溶液法，真空气相沉积不仅生产效率低，所制备电池的效率也不高；两步狭缝涂布虽然生产效率大大提高，但快速的沉积过程，使得钙钛矿成膜质量很难得到控制。
技术实现思路
为解决上述技术问题，为更好的控制钙钛矿成膜质量，本技术提出一种印刷与化学沉积相结合的设计思路，即保证生产效率，又能有效控制无机成分与有机成分的反应速度，获取该高质量钙钛矿薄膜。钙钛矿太阳能电池可溶液加工的特性，使其理论上可以通过适用于生产的印刷技术来制备，事实上已经有很多利用印刷技术制备钙钛矿太阳能电池的研究，这些主要基于一步法的制备方法。但是在大面积印刷中，一步法难以使用反溶剂调控钙钛矿结晶，使得薄膜质量难以控制。因此，在之前的研究中，我们报道了一种利用两步法生产钙钛矿薄膜的新工艺，其中涉及到胺盐的浸泡化学沉积。该过程能够有效调控铅盐与胺盐的反应速度，从而调控钙钛矿的结晶。我们发现浸泡化学沉积通过调控有机物成分(例如胺盐)的浓度，能够一定的调控铅盐和有机物成分(例如胺盐)的反应速度，本技术对此浸泡化学沉积过程提出新的设计思路，能够产生胺盐浓度梯度分布的液池，从而能够更有效的调控反应速度，达到调控钙钛矿结晶的目的。本技术的技术方案如下：一种应用于制备钙钛矿薄膜的液池，包括：液池本体，具有可以容纳液体的具有长度、宽度和高度的容器；液池本体前端开设有贯穿液池本体的排液孔；液池本体后端装设有注液装置，或通过注液孔注液。在实际应用中，注液流量和排液流量可以根据需要进行调整或实时控制。优选的，还设有流量控制器，用于对注液流量和/或排液流量根据需要进行调整或实时控制。优选的，容器中液体的有机物浓度从液池后端往前端递减。本技术还提供一种制备钙钛矿薄膜的设备，依序排列有：无机成分印刷装置，用于将无机成分印刷到柔性基材上形成无机成分薄膜；加热固化装置，用于对已经印刷好的无机成分薄膜进行加热固化；化学沉积装置，包括上述液池和盛在液池具有的容纳液体的容器中的有机溶剂，经过加热固化后的无机成分薄膜被导入到化学沉积装置中进行化学沉积反应；加热退火装置，将完成化学沉积的薄膜导入加热退火装置进行加热退火，使有机溶剂充分挥发、钙钛矿晶粒尽可能长大，最终制成钙钛矿薄膜。优选的，所述液池，包括：液池本体，具有可以容纳液体的具有长度、宽度和高度的容器；液池本体前端开设有贯穿液池本体的排液孔；液池本体后端装设有注液装置，或通过注液孔注液。优选的，还设有流量控制器，用于对注液流量和/或排液流量根据需要进行调整或实时控制。优选的，容器中液体的有机物浓度从液池后端往前端递减。优选的，还包括传送装置，所述传送装置包括若干辊轮，所述辊轮引导柔性基材逐一通过无机成分印刷装置、加热固化装置、化学沉积装置的液池中，由液池出来后再进入加热退火装置中，最后由后续的收卷装置收卷。以上设计存在优势：1、柔性基材印刷无机成分形成无机薄膜后(例如铅盐薄膜)，然后进入并浸泡在液池中，从液池前端往后端运动，在此过程中，溶液中的有机成分(例如胺盐)与无机薄膜上的无机成分(例如铅盐)发生反应，液池前端反应迅速，而后端反应较慢。2、在无注液和排液的液池里，液池前端胺盐反应迅速损失，而后端反应慢含量高。因此，本技术在液池前端设置排液孔，前端所排溶液中胺盐浓度低，浪费少。3、后端注液，后端持续注液，保证了整个液池中，胺盐的浓度从后端往前端存在梯度递减趋势，通过调节适当的注液速度和铅盐的跑膜速度，该梯度将持续存在。保证了反应环境的稳定，保证了生产质量的稳定。注液和排液的流量可以根据需要进行调整或实时控制，确保达成上述目的。4、前端胺盐浓度低，能够有效延缓铅盐在前端的反应速度，后端胺盐浓度高，又能够适当提高后端的反应速度，从而达到调控铅盐与胺盐反应速度的目的。现有技术中，两步法制备钙钛矿薄膜，具体到胺盐的沉积技术，适合大面积生产的技术，可简单分为两种，一种是印刷胺盐薄膜，还有一种是化学浸渍。前者的挑战在于薄膜的覆盖率和厚度均匀性，后者存在重复浸泡使得溶液浓度持续降低，进而使得条件不好控制，钙钛矿结晶就难以控制。为了将浸泡工艺满足生产的要求，我们设计了这种胺盐浓度可控的液池，注入与排出达到平衡，胺盐的反应消耗与注入达到平衡，不仅能够有效的节省材料，提高材料的利用效率，还能够有效的调控铅盐与胺盐的整个反应速度，达到调控钙钛矿结晶的目的。本技术还提供一种制备钙钛矿薄膜的设备，用于两步法制备工艺，依序排列有：无机成分印刷装置，用于将无机成分印刷到柔性基材上形成无机成分薄膜；加热烘干装置，加热方式为热风加热、红外加热、或热板加热，用于对无机成分薄膜进行加热烘干处理。化学沉积装置，包括上述液池和盛在液池具有的容纳液体的容器中的有机溶剂，所述无机成分薄膜被导入到化学沉积装置中进行化学沉积反应。优选的，还设有流量控制器，用于对注液流量和/或排液流量根据需要进行调整或实时控制。优选的，容器中液体的有机物浓度从液池后端往前端递减。优选的，还包括传送装置，所述传送装置包括若干辊轮，所述辊轮引导柔性基材通过无机成分印刷装置，再进入化学沉积装置的液池中，由液池出来后再进入后续的处理装置。操作过程：经注液流量控制系统将配置好的胺盐溶液从液池后端主入口持续注入，当液池中溶液高度达到一定高度后，启动卷对卷涂布设备，使铅盐薄膜浸泡到胺盐溶液中，并从液池前端均匀的穿过液池，从液池后端离开。通过科学的调控胺盐溶液浓度、胺盐注入流量、液池的长度和铅盐薄膜的传动速度，使得铅盐薄膜在液池中缓慢的与胺盐反应，并生成厚度均匀、反应完全、结晶良好本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于制备钙钛矿薄膜的液池，其特征在于，包括：/n液池本体，具有可以容纳液体的具有长度、宽度和高度的容器；/n液池本体前端开设有贯穿液池本体的排液孔；/n液池本体后端装设有注液装置，或通过注液孔注液。/n

【技术特征摘要】
1.一种应用于制备钙钛矿薄膜的液池，其特征在于，包括：
液池本体，具有可以容纳液体的具有长度、宽度和高度的容器；
液池本体前端开设有贯穿液池本体的排液孔；
液池本体后端装设有注液装置，或通过注液孔注液。


2.根据权利要求1所述的应用于制备钙钛矿薄膜的液池，其特征在于，还设有流量控制器，用于对注液流量和/或排液流量根据需要进行调整或实时控制。


3.根据权利要求1所述的应用于制备钙钛矿薄膜的液池，其特征在于，容器中液体的有机物浓度从液池后端往前端递减。


4.一种制备钙钛矿薄膜的设备，其特征在于，依序排列有：
无机成...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩长峰，郑永强，高辉，张宇，孙国平，欧阳俊波，冯宗宝，钱磊，张德龙，
申请(专利权)人：苏州威格尔纳米科技有限公司，江苏集萃分子工程研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32