一种柔性有机新能源电池组件的制备方法技术

本发明专利技术公开一种柔性有机新能源电池组件的制备方法，主要包括涂层制备阶段和固化剪裁阶段；其中，涂层制备阶段是在多腔室连续式卷对卷设备上实施的；通过涂层制备阶段在柔性基底上完成新能源电池功能单元各膜层的制备以及封装剂的填充制备。涂层制备阶段主要包括通过磁控溅射镀膜沉积ITO层，通过槽模涂布方法依次沉积电子传输层、有机活性层和空穴传输层，通过蒸发镀膜方法沉积金属电极层，通过浸渍涂布方法涂布填充封装剂。在该制备方法中，整个膜层制备以及封装剂填充过程均在同一生产设备中隔绝大气完成，避免了产品在不同设备之间流转过程中接触大气环境，提升了电池组件的产品稳定性和使用寿命。的产品稳定性和使用寿命。的产品稳定性和使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性有机新能源电池组件的制备方法


[0001]本专利技术属于新能源储能
，特别是涉及一种柔性有机新能源电池组件的制备方法及其生产装备。

技术介绍

[0002]近年来，随着可再生能源发电和电动汽车的快速发展，给新能源电池产业带来了新的发展机遇，新能源电池产业化技术及应用日益受到世界各国的重视。光伏、锂电等新能源电池由于受原材料成本、设备和产业技术成熟度等因素影响，导致电池成本居高不下，政府多采用税收优惠或补贴政策进行产业扶持，因此，新能源电池的产业化技术和装备已经成为制约其大规模推广应用的瓶颈。
[0003]有机新能源电池组件具有体量轻薄、原材料成本低、适合做成大面积柔性器件等优点，便于与柔性薄膜基底的卷对卷(R2R)大规模制造技术线相结合，可以显著降低有机新能源电池组件的成本，具有广阔的应用前景。
[0004]目前，有机新能源电池组件的各工序设备兼容性较差，产品需要在不同的设备里完成多道工序，柔性薄膜产品在设备之间流转过程中易于接触大气环境，使电池组件中的不同结构之间附着较多的水氧成分，这些水氧成分在电池组件产品中易于形成扩散，另外，现有的有机新能源电池组件的封装层的阻水阻氧性能差异较大，以上因素都会严重影响电池组件的性能稳定性和使用寿命。因此，有机新能源电池组件的卷对卷连续式生产装备、产业化技术瓶颈以及封装稳定性问题成为目前亟待解决的关键性问题。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术提供一种柔性有机新能源电池组件的制备方法，主要包括涂层制备阶段和固化剪裁阶段；其中，涂层制备阶段是在一种多腔室连续式卷对卷镀膜设备上实施的；通过涂层制备阶段，实现在柔性基底上完成新能源电池功能单元各膜层的制备以及封装剂的填充制备。涂层制备阶段主要包括如下工序：（1）在多腔室连续式卷对卷设备的磁控溅射镀膜区域中，通过磁控溅射镀膜方法在柔性基底上沉积新能源电池功能单元中的ITO层；（2）在多腔室连续式卷对卷设备的槽模涂布区域中，通过槽模涂布方法在ITO层上依次沉积新能源电池功能单元中的电子传输层、有机活性层和空穴传输层；（3）在多腔室连续式卷对卷设备的蒸发镀膜区域中，通过蒸发镀膜方法在空穴传输层上沉积新能源电池功能单元中的金属电极层；（4）在多腔室连续式卷对卷设备的浸渍涂布区域中，通过浸渍涂布方法在柔性膜和新能源电池功能单元的外表面涂布封装剂，然后在涂布有封装剂的柔性膜下表面和新能源电池功能单元的上表面分别覆盖上保护膜和下保护膜；在多腔室连续式卷对卷设备的多个区域之间是连通式的，不设置封闭式阀门，在多腔室连续式卷对卷设备中实施涂层制备阶段过程中，柔性基底以卷对卷的形式在设备中
连续不停顿地传送走行。
[0006]所述的电子传输层为ZnO，厚度为20
‑
50nm；有机活性层的厚度为100
‑
300nm；空穴传输层为PEDOT
‑
PSS，厚度为1
‑
5nm；金属电极层为Ag，厚度为100
‑
300nm。PEDOT
‑
PSS是指由PEDOT和PSS两种物质构成的混合物，PEDOT是EDOT（3，4
‑
乙烯二氧噻吩单体）的聚合物，PSS是聚苯乙烯磺酸盐。
[0007]电子传输层、有机活性层、空穴传输层中的每一层涂布完成后以及封装剂涂布完成并覆盖上保护膜和下保护膜后，还要经过干燥箱加热干燥。其中，槽模涂布区域的干燥箱加热温度为100～180℃，浸渍涂布区域中的干燥箱加热温度为150～200℃。
[0008]在ITO层、有机活性层和金属电极层完成制备后分别还包括图案形成工序，图案形成的方法选自激光刻蚀、机械刻蚀和掩模遮挡中的至少一种。在本专利技术一种优选的实施方式中，在磁控溅射镀膜区域的末端设置有激光刻蚀装置，在槽模涂布区域内设置有机械刻蚀装置以及掩模压合机构，在蒸发镀膜区域内设置有掩模分离机构，掩模压合机构和掩模分离机构组成掩模遮挡装置，通过激光刻蚀装置、机械刻蚀装置以及掩模遮挡装置在不同阶段在膜层上形成图案。
[0009]在上述的工序（1）开始之前，还包括：将柔性基底置于放卷辊上，然后进行穿膜；穿膜完成后关闭生产设备两端的室门，开启真空机组，对生产设备整体进行抽真空，使生产设备各工作区域达到本底真空度；然后向磁控溅射镀膜区域充入氩气，向槽模涂布区域和浸渍涂布区域充入氮气或氩气，使各工作区域达到各自的工作压强和工作真空度。
[0010]为保证可实现不同的工艺要求，四个工作区域的工作压强（工作真空度）亦有差异。磁控溅射镀膜区域的工作真空度为1
×
10
‑
2 ‑ꢀ
1Pa范围内，槽模涂布区域的工作压强为500
‑
5000Pa范围内，蒸发镀膜区域的工作真空度为1
×
10
‑3‑ꢀ6×
10
‑1Pa范围内，浸渍涂布区域的工作压强为1
×
104‑ꢀ
9.5
×
104Pa；在磁控溅射镀膜区域和槽模涂布区域之间、槽模涂布区域和蒸发镀膜区域之间以及蒸发镀膜区域和浸渍涂布区域之间均分别设置有过渡腔室，过渡腔室的总数为3个以上；过渡腔室的两端均设置有超细狭缝，通过降低流导和气体捕集降低气体分子的通过几率，实现不同气体组分和不同压强的隔绝。
[0011]过渡腔室中设有压力传感器和真空抽气系统，压力传感器实时监控过渡腔室中的真空度，当过渡腔室中的真空度低于第1压力设定值时，则增大真空抽气系统中的蝶阀开度以提高过渡腔室中的真空度，当过渡腔室中的真空度高于第2压力设定值时，则降低蝶阀开度，同时通入一定量氩气，以维持过渡腔室内的真空度的稳定。
[0012]超细狭缝的内壁上排布有多个微腔，从压强较低侧至压强较高侧的方向上，微腔的排布数量密度逐渐增大。由于超细狭缝两侧存在一定压差，使气体分子存在从压强较高的一侧向压强较低的一侧流动的趋势，所以通过在超细狭缝壁排布有多个微腔，且压强较高侧数量密度大，实现对气体分子的捕集，进一步降低气体分子的通过几率。
[0013]超细狭缝的间隙b为需要通过的带有膜层的柔性基底厚度的1.5倍以上，且b至少为1毫米；超细狭缝在柔性基底走行方向上的长度L为1米以上；并且长度L与b3×△
P成正比，其中，
△
P为超细狭缝两侧的压强差。
[0014]本专利技术通过上述独特的过渡腔室
‑
超细狭缝这一动密封装置，使磁控溅射镀膜区域、槽模涂布区域、蒸发镀膜区域及浸渍涂布区域这4个工作压强差异巨大的工作区域实现互相连通，并且保持相互之间的工作压强和气氛的隔绝，使柔性基底可以在整个生产设备
中连续不断的走膜完成各膜层的制备。首先通过超细狭缝的长度L与间隙b的精密尺寸设计，使超细狭缝恰好在超细狭缝两侧的气体流态范畴内形成特定的流导条件，该流导条件使超细狭缝两侧在相互连通的情况下仍可保持稳定的工作压强跨度，该工作压强跨度可达103量级，另一方面，超细狭缝壁上微腔结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性有机新能源电池组件的制备方法，主要包括涂层制备阶段和固化剪裁阶段；其中，涂层制备阶段是在多腔室连续式卷对卷设备上实施的；通过涂层制备阶段在柔性基底上完成新能源电池功能单元各膜层的制备以及封装剂的填充制备，涂层制备阶段主要包括如下工序：（1）在多腔室连续式卷对卷设备的磁控溅射镀膜区域中，通过磁控溅射镀膜方法在柔性基底上沉积新能源电池功能单元中的ITO层；（2）在多腔室连续式卷对卷设备的槽模涂布区域中，通过槽模涂布方法在ITO层上依次沉积新能源电池功能单元中的电子传输层、有机活性层和空穴传输层；（3）在多腔室连续式卷对卷设备的蒸发镀膜区域中，通过蒸发镀膜方法在空穴传输层上沉积新能源电池功能单元中的金属电极层；（4）在多腔室连续式卷对卷设备的浸渍涂布区域中，通过浸渍涂布方法在柔性膜和新能源电池功能单元的外表面涂布封装剂，然后在涂布有封装剂的柔性膜下表面和新能源电池功能单元的上表面分别覆盖上保护膜和下保护膜；在多腔室连续式卷对卷设备的多个区域之间是连通式的，不设置封闭式阀门，在多腔室连续式卷对卷设备中实施涂层制备阶段过程中，柔性基底以卷对卷的形式在设备中连续不停顿地传送走行。2.根据权利要求1所述的柔性有机新能源电池组件的制备方法，其特征在于：电子传输层为ZnO，厚度为20
‑
50nm；有机活性层的厚度为100
‑
300nm；空穴传输层为PEDOT
‑
PSS，厚度为1
‑
5nm；金属电极层为Ag，厚度为100
‑
300nm。3.根据权利要求1所述的柔性有机新能源电池组件的制备方法，其特征在于：电子传输层、有机活性层、空穴传输层中的每一层涂布完成后以及封装剂涂布完成并覆盖上保护膜和下保护膜后，还要经过干燥箱进行加热干燥。4.根据权利要求1所述的柔性有机新能源电池组件的制备方法，其特征在于：在ITO层、有机活性层和金属电极层完成制备后分别还包括图案形成工序，图案形成的方法选自激光刻蚀、机械刻蚀和掩模遮挡中的至少一种。5.根据权利要求1所述的柔性有机新能源电池组件的制备方法，其特征在于：磁控溅射镀膜区域的工作真空度为1
×
10
‑
2 ‑ꢀ
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李成林，郝明，杜雪峰，
申请(专利权)人：辽宁分子流科技有限公司，
类型：发明
国别省市：