應(yīng)用于制備鈣鈦礦薄膜的液池、設(shè)備及鈣鈦礦太陽能電池制造技術(shù)

本實用新型專利技術(shù)公開了一種應(yīng)用于制備鈣鈦礦薄膜的液池、設(shè)備及鈣鈦礦太陽能電池，應(yīng)用于生產(chǎn)鈣鈦礦薄膜，創(chuàng)造性的集成了印刷技術(shù)、化學沉積和兩步加熱退火工藝。印刷工藝制備無機成分薄膜，干燥后浸泡到有機成分溶液中進行化學沉積，通過調(diào)控無機成分溶液濃度、印刷參數(shù)來控制無機成分薄膜的厚度，通過調(diào)控有機成分溶液濃度、浸泡長度和跑膜速度控制鈣鈦礦的反應(yīng)速度和有機成分的沉積厚度，通過加熱退火生長鈣鈦礦薄膜。該工藝系統(tǒng)的將四個過程集成到一條生產(chǎn)線上，四個過程同步操作，大大提高了生產(chǎn)效率，化學沉積的可控性也提高了鈣鈦礦薄膜的均勻性。

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

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
應(yīng)用于制備鈣鈦礦薄膜的液池、設(shè)備及鈣鈦礦太陽能電池
本技術(shù)涉及鈣鈦礦薄膜及鈣鈦礦太陽能電池研發(fā)生產(chǎn)領(lǐng)域，特別涉及一種應(yīng)用于制備鈣鈦礦薄膜的液池、設(shè)備及鈣鈦礦太陽能電池。
技術(shù)介紹
能源短缺和環(huán)境污染仍是制約當今社會發(fā)展面臨的兩大危機，開發(fā)利用清潔可持續(xù)的太陽能是解決這兩大危機的有效手段之一。傳統(tǒng)硅基太陽能電池的生產(chǎn)工藝十分復(fù)雜，而且面臨著高能耗、環(huán)境污染問題，這與發(fā)展太陽能電池的初衷相背離，另外，硅基太陽能電池的效率已經(jīng)接近極限，成本空間也十分有限。而近十年來，鈣鈦礦太陽能電池的爆發(fā)式發(fā)展，讓我們看到了新一代太陽能電池的崛起。近年來，隨著鈣鈦礦太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的不斷突破，產(chǎn)業(yè)化的呼聲越來越高，實驗室小面積鈣鈦礦太陽能電池性能的提高主要源于鈣鈦礦薄膜質(zhì)量的提高，因此，在開發(fā)鈣鈦礦太陽能電池產(chǎn)業(yè)化進程中，如何控制鈣鈦礦薄膜質(zhì)量成為重中之重。實驗室制備小面積鈣鈦礦薄膜有很多成功的經(jīng)驗，比如開發(fā)了兩步法，先沉積鉛鹽薄膜，再沉積胺鹽薄膜，結(jié)合退火工藝，能夠有效的控制鈣鈦礦結(jié)晶和薄膜的表面形貌，基于兩層薄膜的沉積提供了多種沉積方法的組合，比如東南大學開發(fā)的兩步物理真空氣相沉積的方法，而暨南大學開發(fā)了兩步狹縫涂布的方法。目前，鈣鈦礦太陽能電池的最佳制備方法仍然是溶液法，真空氣相沉積不僅生產(chǎn)效率低，所制備電池的效率也不高；兩步狹縫涂布雖然生產(chǎn)效率大大提高，但快速的沉積過程，使得鈣鈦礦成膜質(zhì)量很難得到控制。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為解決上述技術(shù)問題，為更好的控制鈣鈦礦成膜質(zhì)量，本技術(shù)提出一種印刷與化學沉積相結(jié)合的設(shè)計思路，即保證生產(chǎn)效率，又能有效控制無機成分與有機成分的反應(yīng)速度，獲取該高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜。鈣鈦礦太陽能電池可溶液加工的特性，使其理論上可以通過適用于生產(chǎn)的印刷技術(shù)來制備，事實上已經(jīng)有很多利用印刷技術(shù)制備鈣鈦礦太陽能電池的研究，這些主要基于一步法的制備方法。但是在大面積印刷中，一步法難以使用反溶劑調(diào)控鈣鈦礦結(jié)晶，使得薄膜質(zhì)量難以控制。因此，在之前的研究中，我們報道了一種利用兩步法生產(chǎn)鈣鈦礦薄膜的新工藝，其中涉及到胺鹽的浸泡化學沉積。該過程能夠有效調(diào)控鉛鹽與胺鹽的反應(yīng)速度，從而調(diào)控鈣鈦礦的結(jié)晶。我們發(fā)現(xiàn)浸泡化學沉積通過調(diào)控有機物成分(例如胺鹽)的濃度，能夠一定的調(diào)控鉛鹽和有機物成分(例如胺鹽)的反應(yīng)速度，本技術(shù)對此浸泡化學沉積過程提出新的設(shè)計思路，能夠產(chǎn)生胺鹽濃度梯度分布的液池，從而能夠更有效的調(diào)控反應(yīng)速度，達到調(diào)控鈣鈦礦結(jié)晶的目的。本技術(shù)的技術(shù)方案如下：一種應(yīng)用于制備鈣鈦礦薄膜的液池，包括：液池本體，具有可以容納液體的具有長度、寬度和高度的容器；液池本體前端開設(shè)有貫穿液池本體的排液孔；液池本體后端裝設(shè)有注液裝置，或通過注液孔注液。在實際應(yīng)用中，注液流量和排液流量可以根據(jù)需要進行調(diào)整或?qū)崟r控制。優(yōu)選的，還設(shè)有流量控制器，用于對注液流量和/或排液流量根據(jù)需要進行調(diào)整或?qū)崟r控制。優(yōu)選的，容器中液體的有機物濃度從液池后端往前端遞減。本技術(shù)還提供一種制備鈣鈦礦薄膜的設(shè)備，依序排列有：無機成分印刷裝置，用于將無機成分印刷到柔性基材上形成無機成分薄膜；加熱固化裝置，用于對已經(jīng)印刷好的無機成分薄膜進行加熱固化；化學沉積裝置，包括上述液池和盛在液池具有的容納液體的容器中的有機溶劑，經(jīng)過加熱固化后的無機成分薄膜被導(dǎo)入到化學沉積裝置中進行化學沉積反應(yīng)；加熱退火裝置，將完成化學沉積的薄膜導(dǎo)入加熱退火裝置進行加熱退火，使有機溶劑充分揮發(fā)、鈣鈦礦晶粒盡可能長大，最終制成鈣鈦礦薄膜。優(yōu)選的，所述液池，包括：液池本體，具有可以容納液體的具有長度、寬度和高度的容器；液池本體前端開設(shè)有貫穿液池本體的排液孔；液池本體后端裝設(shè)有注液裝置，或通過注液孔注液。優(yōu)選的，還設(shè)有流量控制器，用于對注液流量和/或排液流量根據(jù)需要進行調(diào)整或?qū)崟r控制。優(yōu)選的，容器中液體的有機物濃度從液池后端往前端遞減。優(yōu)選的，還包括傳送裝置，所述傳送裝置包括若干輥輪，所述輥輪引導(dǎo)柔性基材逐一通過無機成分印刷裝置、加熱固化裝置、化學沉積裝置的液池中，由液池出來后再進入加熱退火裝置中，最后由后續(xù)的收卷裝置收卷。以上設(shè)計存在優(yōu)勢：1、柔性基材印刷無機成分形成無機薄膜后(例如鉛鹽薄膜)，然后進入并浸泡在液池中，從液池前端往后端運動，在此過程中，溶液中的有機成分(例如胺鹽)與無機薄膜上的無機成分(例如鉛鹽)發(fā)生反應(yīng)，液池前端反應(yīng)迅速，而后端反應(yīng)較慢。2、在無注液和排液的液池里，液池前端胺鹽反應(yīng)迅速損失，而后端反應(yīng)慢含量高。因此，本技術(shù)在液池前端設(shè)置排液孔，前端所排溶液中胺鹽濃度低，浪費少。3、后端注液，后端持續(xù)注液，保證了整個液池中，胺鹽的濃度從后端往前端存在梯度遞減趨勢，通過調(diào)節(jié)適當?shù)淖⒁核俣群豌U鹽的跑膜速度，該梯度將持續(xù)存在。保證了反應(yīng)環(huán)境的穩(wěn)定，保證了生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定。注液和排液的流量可以根據(jù)需要進行調(diào)整或?qū)崟r控制，確保達成上述目的。4、前端胺鹽濃度低，能夠有效延緩鉛鹽在前端的反應(yīng)速度，后端胺鹽濃度高，又能夠適當提高后端的反應(yīng)速度，從而達到調(diào)控鉛鹽與胺鹽反應(yīng)速度的目的。現(xiàn)有技術(shù)中，兩步法制備鈣鈦礦薄膜，具體到胺鹽的沉積技術(shù)，適合大面積生產(chǎn)的技術(shù)，可簡單分為兩種，一種是印刷胺鹽薄膜，還有一種是化學浸漬。前者的挑戰(zhàn)在于薄膜的覆蓋率和厚度均勻性，后者存在重復(fù)浸泡使得溶液濃度持續(xù)降低，進而使得條件不好控制，鈣鈦礦結(jié)晶就難以控制。為了將浸泡工藝滿足生產(chǎn)的要求，我們設(shè)計了這種胺鹽濃度可控的液池，注入與排出達到平衡，胺鹽的反應(yīng)消耗與注入達到平衡，不僅能夠有效的節(jié)省材料，提高材料的利用效率，還能夠有效的調(diào)控鉛鹽與胺鹽的整個反應(yīng)速度，達到調(diào)控鈣鈦礦結(jié)晶的目的。本技術(shù)還提供一種制備鈣鈦礦薄膜的設(shè)備，用于兩步法制備工藝，依序排列有：無機成分印刷裝置，用于將無機成分印刷到柔性基材上形成無機成分薄膜；加熱烘干裝置，加熱方式為熱風加熱、紅外加熱、或熱板加熱，用于對無機成分薄膜進行加熱烘干處理。化學沉積裝置，包括上述液池和盛在液池具有的容納液體的容器中的有機溶劑，所述無機成分薄膜被導(dǎo)入到化學沉積裝置中進行化學沉積反應(yīng)。優(yōu)選的，還設(shè)有流量控制器，用于對注液流量和/或排液流量根據(jù)需要進行調(diào)整或?qū)崟r控制。優(yōu)選的，容器中液體的有機物濃度從液池后端往前端遞減。優(yōu)選的，還包括傳送裝置，所述傳送裝置包括若干輥輪，所述輥輪引導(dǎo)柔性基材通過無機成分印刷裝置，再進入化學沉積裝置的液池中，由液池出來后再進入后續(xù)的處理裝置。操作過程：經(jīng)注液流量控制系統(tǒng)將配置好的胺鹽溶液從液池后端主入口持續(xù)注入，當液池中溶液高度達到一定高度后，啟動卷對卷涂布設(shè)備，使鉛鹽薄膜浸泡到胺鹽溶液中，并從液池前端均勻的穿過液池，從液池后端離開。通過科學的調(diào)控胺鹽溶液濃度、胺鹽注入流量、液池的長度和鉛鹽薄膜的傳動速度，使得鉛鹽薄膜在液池中緩慢的與胺鹽反應(yīng)，并生成厚度均勻、反應(yīng)完全、結(jié)晶良好本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
1.一種應(yīng)用于制備鈣鈦礦薄膜的液池，其特征在于，包括：/n液池本體，具有可以容納液體的具有長度、寬度和高度的容器；/n液池本體前端開設(shè)有貫穿液池本體的排液孔；/n液池本體后端裝設(shè)有注液裝置，或通過注液孔注液。/n

【技術(shù)特征摘要】
1.一種應(yīng)用于制備鈣鈦礦薄膜的液池，其特征在于，包括：
液池本體，具有可以容納液體的具有長度、寬度和高度的容器；
液池本體前端開設(shè)有貫穿液池本體的排液孔；
液池本體后端裝設(shè)有注液裝置，或通過注液孔注液。


2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于制備鈣鈦礦薄膜的液池，其特征在于，還設(shè)有流量控制器，用于對注液流量和/或排液流量根據(jù)需要進行調(diào)整或?qū)崟r控制。


3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于制備鈣鈦礦薄膜的液池，其特征在于，容器中液體的有機物濃度從液池后端往前端遞減。


4.一種制備鈣鈦礦薄膜的設(shè)備，其特征在于，依序排列有：
無機成...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：韓長峰，鄭永強，高輝，張宇，孫國平，歐陽俊波，馮宗寶，錢磊，張德龍，
申請(專利權(quán))人：蘇州威格爾納米科技有限公司，江蘇集萃分子工程研究院有限公司，
類型：新型
國別省市：江蘇;32