一种卷对卷印刷钙钛矿电池的电极制备设备及方法技术

本发明专利技术公开一种卷对卷印刷钙钛矿电池的电极制备设备及方法，包括沿直线方向依次设置的放卷真空室、蒸镀真空室、收卷真空室和设置在其内部的调节装置，调节装置包括：放卷辊，收卷真空室内腔顶部设置有收卷辊，放卷辊上套设有基带卷，放卷真空室内设置有第一传动机构，收卷真空室内设置有第二传动机构，基带卷的基带头依次贯穿第一传动机构、蒸镀真空室和第二传动机构后缠绕在收卷机构上，位于蒸镀真空室内的基带下方设置有掩膜版，蒸镀真空室的内腔底部设置有若干蒸发源。本发明专利技术可实现极大提高膜电极制备质量和速度，对改善钙钛矿太阳能电池的器件性能和稳定性具有很大推动作用。池的器件性能和稳定性具有很大推动作用。池的器件性能和稳定性具有很大推动作用。

【技术实现步骤摘要】
一种卷对卷印刷钙钛矿电池的电极制备设备及方法


[0001]本专利技术涉及太阳能光伏
，特别是涉及一种卷对卷印刷钙钛矿电池的电极制备设备及方法。

技术介绍

[0002]钙钛矿光电材料，作为光电领域的明星材料，性能优越、价格低廉、加工制造工艺简单，基于钙钛矿材料的薄膜太阳电池、发光器件、探测器等都取得了突破性进展，展现出重要应用前景。钙钛矿薄膜太阳电池在短短10年时间内光电转换效率就从3.8％突破到25.7％以上，双结钙钛矿电池的效率超过了31％，显示了巨大的商业潜力，因此工业界正加快其产业化布局。
[0003]钙钛矿薄膜是钙钛矿薄膜器件中的核心组成部分，钙钛矿薄膜质量直接决定了钙钛矿器件性能。溶液旋涂是实验室中溶液法制备钙钛矿薄膜及器件的常规方法，薄膜质量高、可控性好，但是它们只适合小面积、小批量的钙钛矿薄膜及器件制备，不匹配大面积、大批量的产业化制造工艺。基于印刷技术高效率、大批量地制备高质量、均匀的大面积钙钛矿薄膜是推进钙钛矿光电器件产业化的重要途径。
[0004]在钙钛矿太阳能电池迈向商业化的快速推进中，卷对卷印刷工艺(roll
‑
to
‑
roll，R2R)已经由于其快速批量生产而显示出诱人的前景。R2R打印的优势有很多，诸如体积、稳定性和可重复性已在有机太阳能电池中得到充分证明。
[0005]与印刷在刚性基板上相比，R2R制备的本质上要求基材和产品可弯曲至少达到一定程度，这增加了制备高效钙钛矿太阳能电池的难点。灵活是R2R制备钙钛矿电池拥有的不可独一无二的优点，例如轻量级和灵活性，扩大了钙钛矿电池的适用性进入各种移动电子设备，建筑和车辆集成太阳能电池。
[0006]学术界的持久研究工作,意味着通过R2R工艺打印钙钛矿的柔性电池组件是高性能柔性钙钛矿电池走向产业化的快速之路。因此，要以高通量技术加快钙钛矿太阳能电池的发展，器件中其他功能层和电极层制备也应适应R2R工艺。
[0007]在当前阶段，可打印电极的开发是实现完全R2R打印钙钛矿组件的瓶颈。虽然银纳米线，碳纳米管、石墨烯和有机材料表现出作为顶级表现的潜力用于柔性PSC的电极，其中大部分用于代替导电氧化物而不是金属电极。与硬质钙钛矿太阳能电池中的蒸镀或溅射工艺相比，这些制备工艺也造成了器件效率的降低。
[0008]除上述这些电极材料外，还需要开发更有效电极制备技术，一方面可以满足快速的R2R产线的制备技术，另一方面还要保证电池组件顶电极的质量和稳定性，因此急需开发一套适合R2R的顶电极的规模制备技术。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是提供一种卷对卷印刷钙钛矿电池的电极制备设备及方法，以解决现有技术存在的问题，可实现提高平面型柔性钙钛矿太阳能电池的器件效率、稳定性及快
速制备。
[0010]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种卷对卷印刷钙钛矿电池的电极制备设备，包括沿直线方向依次设置的放卷真空室、蒸镀真空室、收卷真空室和设置在其内部的调节装置，所述调节装置包括：
[0011]放卷辊，所述放卷辊设置在所述放卷真空室内腔顶部，所述收卷真空室内腔顶部设置有收卷辊，所述放卷辊上套设有基带卷，所述放卷真空室内设置有第一传动机构，所述收卷真空室内设置有第二传动机构，所述基带卷的基带头依次贯穿所述第一传动机构、所述蒸镀真空室和所述第二传动机构后缠绕在所述收卷机构上，位于所述蒸镀真空室内的基带下方设置有掩膜版，所述蒸镀真空室的内腔底部设置有若干蒸发源，所述收卷辊、所述放卷辊、所述第一传动机构和所述第二传动机构均电性连接有控制机构。
[0012]优选的，所述第一传动机构包括第一张紧辊组和第一导向辊组，所述基带依次贯穿所述第一张紧辊组和所述第一导向辊组后进入到所述蒸镀真空室内。
[0013]优选的，所述第二传动机构包括第二张紧辊组和第二导向辊组，所述基带依次贯穿所述第二导向辊组和所述第二张紧辊组与所述收卷辊固接。
[0014]优选的，所述控制机构包括PLC控制器，所述第一张紧辊组和所述第二张紧辊组分别电性连接有张力传感器，所述收卷辊与伺服电机传动连接，所述伺服电机上电性连接有角速度传感器，所述PLC控制器分别与所述角速度传感器、所述第一张紧辊组、所述第二张紧辊组、所述伺服电机和所述张力传感器电性连接。
[0015]一种卷对卷印刷钙钛矿电池的电极制备方法，包括如下步骤：
[0016]S1、装载所述基带卷，并将基带头依次贯穿所述第一传动机构、所述蒸镀真空室和所述第二传动机构后缠绕在所述收卷机构上，并通过控制装置调节基带张力；
[0017]S2、对所述放卷真空室、蒸镀真空室和收卷真空室进行抽真空，到达指定真空度后，开启蒸发源，并调节蒸发速率，直至到达指定蒸发速率并稳定；
[0018]S3、开启掩膜版，使位于蒸镀真空室内的基带进行膜电机材料沉积，待沉积厚度到达指定厚度后，关闭掩膜版；开启收卷辊和放卷辊，使完成蒸镀的基带进入到收卷真空室内后关闭；
[0019]S4、重复S3，直至整个所述基带卷所有基带完成蒸镀后，对所述放卷真空室、蒸镀真空室和收卷真空室进行放气后，回收收卷辊上的基带卷。
[0020]优选的，所述S3中，完成单次基带蒸镀后，已蒸镀基带剩余1％
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3％未进入到收卷真空室时，停止收卷，且未进入到收卷真空室的已蒸镀基带设置为蒸镀重叠区。
[0021]优选的，所述S2中利用晶振仪系统实时监测源材料的蒸发速率。
[0022]优选的，所述掩膜版与基带原始电极位置相适配，不确定度≤5％。
[0023]本专利技术公开了以下技术效果：蒸镀中空室位于整个设备的中部，左右两边分别是放卷真空室和收卷真空室，三者之间通过调节装置连接，完全满足超净室和超高真空环境的使用需求。本专利技术最大特色是可以形成连续的大尺寸金属薄膜电极沉积，放卷真空室和收卷真空室提供了镀膜前后的收卷系统，保证了镀前基材状态和镀后成品膜质量。本专利技术可极大提高膜电极制备质量和速度，对改善钙钛矿太阳能电池的器件性能和稳定性具有很大推动作用，将有力推动高效率和稳定的柔性太阳能光伏技术的研发和产业化进程。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为本专利技术中调节装置的结构示意图；
[0026]图2为本专利技术中控制机构的结构示意图；
[0027]其中，1、放卷真空室；2、蒸镀真空室；3、收卷真空室；4、放卷辊；5、收卷辊；6、掩膜版；7、蒸发源；8、第一张紧辊组；9、第一导向辊组；10、第二张紧辊组；11、第二导向辊组。
具体实施方式
[0028]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卷对卷印刷钙钛矿电池的电极制备设备，包括沿直线方向依次设置的放卷真空室(1)、蒸镀真空室(2)、收卷真空室(3)和设置在其内部的调节装置，其特征在于，所述调节装置包括：放卷辊(4)，所述放卷辊(4)设置在所述放卷真空室(1)内腔顶部，所述收卷真空室(3)内腔顶部设置有收卷辊(5)，所述放卷辊(4)上套设有基带卷，所述放卷真空室(1)内设置有第一传动机构，所述收卷真空室(3)内设置有第二传动机构，所述基带卷的基带头依次贯穿所述第一传动机构、所述蒸镀真空室(2)和所述第二传动机构后缠绕在所述收卷机构上，位于所述蒸镀真空室(2)内的基带下方设置有掩膜版(6)，所述蒸镀真空室(2)的内腔底部设置有若干蒸发源(7)，所述收卷辊(5)、所述放卷辊(4)、所述第一传动机构和所述第二传动机构均电性连接有控制机构。2.根据权利要求1所述的一种卷对卷印刷钙钛矿电池的电极制备设备，其特征在于：所述第一传动机构包括第一张紧辊组(8)和第一导向辊组(9)，所述基带依次贯穿所述第一张紧辊组(8)和所述第一导向辊组(9)后进入到所述蒸镀真空室(2)内。3.根据权利要求2所述的一种卷对卷印刷钙钛矿电池的电极制备设备，其特征在于：所述第二传动机构包括第二张紧辊组(10)和第二导向辊组(11)，所述基带依次贯穿所述第二导向辊组(11)和所述第二张紧辊组(10)与所述收卷辊(5)固接。4.根据权利要求3所述的一种卷对卷印刷钙钛矿电池的电极制备设备，其特征在于：所述控制机构包括PLC控制器，所述第一张紧辊组(8)和所述第二张紧辊组(10)分别电性连接有张力传感器，所述收卷辊(5)与伺服电机传动连接，所述伺服电机上电性连接有角速度传感器，所述P...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨利峰，程李威，王航，葛利建，
申请(专利权)人：上海熵朝科技有限公司，
类型：发明
国别省市：