薄膜电池制备装置的制作方法

本实用新型涉及薄膜电池技术领域，尤其涉及一种薄膜电池制备装置。

背景技术：

卷对卷是一种高效的制备柔性衬底薄膜电池的产业化工艺手段，如非微晶硅、碲化镉、铜铟镓硒等薄膜电池均有采用卷对卷工艺路线形成。参照图1所示的现有技术的薄膜电池的结构示意图；需要在薄膜电池的透明导电层上采用额外的表面电极制备工艺完成电池互联，如传统的丝网印刷电极互联，ICI(Integrated cell interconnect，集成单元互连)电极互联等等。这些额外的互联工艺由于工艺复杂，耗时耗料，使薄膜电池的制造成本增加，弱化了卷对卷工艺的产业竞争力。

因此，有必要研究一种新的薄膜电池制备装置。

所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本实用新型的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的采用额外的表面电极制备工艺完成电池互联的不足，提供一种避免额外的表面电极制备工艺的薄膜电池制备装置。

本实用新型的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本实用新型的实践而习得。

根据本公开的一个方面，提供一种薄膜电池制备装置，包括：

镀膜机，适于以卷对卷工艺镀膜形成薄膜电池的各层材料层；

划槽机，集成于所述镀膜机的收卷端，用于在对各层所述材料层收卷的同时，对需要划槽的各层所述材料层进行划槽。

在本公开的一种示例性实施例中，所述划槽机包括：

划槽排针，用于对各层所述材料层进行划槽；

施压机构，用于给所述划槽排针施压。

在本公开的一种示例性实施例中，所述划槽机还包括：

压力传感器，设于所述划槽排针与所述施压机构之间，用于检测所述施压机构给所述划槽排针施加的压力值。

在本公开的一种示例性实施例中，所述划槽机还包括：

控制单元，用于根据所述材料层的不同控制施压机构给划槽排针施加不同的压力，以及根据压力传感器检测的压力值调节施压机构给划槽排针施加的压力。

在本公开的一种示例性实施例中，划槽排针包括：

安装板，具有相对设置的第一面和第二面；

多个划针，并列为一排设于所述第一面，每相邻两个划针之间的间距相同。

在本公开的一种示例性实施例中，各个划针的宽度为20～50μm。

在本公开的一种示例性实施例中，相邻两个划针之间的间距为1mm～10mm。

在本公开的一种示例性实施例中，所述划针的与所述安装板垂直的截面的形状为等腰三角形。

在本公开的一种示例性实施例中，所述施压机构为直线电机、电动缸、油缸、气缸中的一种。

在本公开的一种示例性实施例中，所述划槽机设置在收卷端收卷起始位置。

由上述技术方案可知，本实用新型具备以下优点和积极效果中的至少之一：

本实用新型的薄膜电池制备装置，通过镀膜机形成薄膜电池的各层材料层，划槽机集成于镀膜机的收卷端，在对各层所述材料层收卷的同时，通过划槽机对需要划槽的各层材料层进行划槽。一方面，使得电池在镀膜过程中即可完成划槽互联，从而避免额外的表面电极制备工艺。另一方面，不必在每形成一层膜层后，将其转移至划槽工位进行划槽，然后再将其转移至镀膜工位进行下层镀膜，使薄膜电池的生产效率进一步提升和制造成本进一步降低。再一方面，利用收卷时镀膜机的转动进行划槽，不必另外设置转动器驱动薄膜电池的半成品或划槽机转动，使薄膜电池制备装置的结构更为简单。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本实用新型的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是现有技术的薄膜电池的结构示意图；

图2是本实用新型薄膜电池制备装置一实施方式的结构示意图；

图3是图1中的划槽机的结构示意图；

图4是本实用新型薄膜电池制备方法一实施方式的流程示意框图；

图5是在柔性绝缘衬底上形成电池背电极金属层以及划槽后的结构示意图；

图6是在电池背电极金属层之上形成光电转换功能层的结构示意图；

图7是在光电转换功能层上形成第二凹槽的结构示意图；

图8是在光电转换功能层之上形成透明导电层的结构示意图；

图9是在透明导电层以及光电转换功能层上形成第三凹槽的结构示意图。

图中主要元件附图标记说明如下：

1、收卷辊；

2、划槽排针；21、安装板；22、划针；

3、驱动板；

4、柔性绝缘衬底；

5、电池背电极金属层；51、第一凹槽；

6、光电转换功能层；61、第二凹槽；

7、透明导电层；71、第三凹槽；

8、压力传感器。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本实用新型将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

本示例实施方式首先提供了一种薄膜电池制备装置，参照图2所示的薄膜电池制备装置一实施方式的结构示意图；该薄膜电池制备装置可以包括镀膜机以及划槽机等等。镀膜机可以适于以卷对卷工艺镀膜形成薄膜电池的各层材料层；划槽机集成于镀膜机的收卷端，可以用于在对各层材料层收卷的同时，对需要划槽的各层所述材料层进行划槽。

在本示例实施方式中，镀膜机可以为卷对卷镀膜机，卷对卷镀膜机可以包括镀膜辊、收卷辊1以及放卷辊等等。

在本示例实施方式中，划槽机可以设置在镀膜机的上方，具体为设置在收卷辊1的上方，且划槽机与收卷辊1的中心轴线可以平行设置，使划槽机能够在收卷辊1转动的时候就对收卷辊1上的材料层进行划槽。不必在每形成一层膜层后，将其转移至划槽工位进行划槽，然后再将其转移至镀膜工位进行镀膜，可以节省薄膜电池制备过程中半成品的来回转移工序，从而节省人力物力，而且提高生产效率。划槽机可以设置在收卷辊1的起始收卷的位置，使在材料层的起始位置即可对材料层进行划槽。利用收卷辊1的转动，不必另外设置转动器驱动薄膜电池的半成品或划槽机转动，使薄膜电池制备装置结构更为简单。当然，划槽机也可以设置在镀膜机的左侧、右侧或下方。

参照图3所示的划槽机的结构示意图；划槽机可以包括划槽排针2以及施压机构等等。划槽排针2可以用于对各层所述材料层进行划槽；施压机构可以用于给所述划槽排针2施压。

在本示例实施方式中，施压机构可以包括驱动单元(图中未示出)，驱动单元的驱动端可以设置有驱动板3，驱动板3可以与划槽排针2连接，通过驱动板3可以使划槽排针2的受力均匀，使划出的多个槽的深度均匀。驱动单元可以带动驱动板3移动并给驱动板3施加压力。驱动单元可以为直线电机、电动缸、油缸、气缸等等。

在本示例实施方式中，划槽排针2可以包括安装板21以及设置在安装板21上的多个划针22等等。具体而言，安装板21设置为长方形的板状，安装板21具有相对设置的第一面和第二面。多个划针22并列设置为一排，且设于安装板21的第一面。每相邻两个划针22之间的间距相同。安装板21的第二面与驱动板3连接。

在本示例实施方式中，划针22设置为与安装板21垂直的截面的形状为等腰三角形的板状，因此，划针22具有底边和两个腰边，底边一侧与安装板21固定连接，划针22的顶角部为划槽部进行划槽。当然，本领域技术人员可以理解的是，划针22的结构不限于上述描述，例如，划针22还可以设置为长条形板，并在长条形板的下部设置三角形状的划尖；划针22还可以设置为圆锥状，或圆柱状并在圆柱的顶端设置圆锥状的划尖即可。各个划针22的宽度值为大约20～50μm，具体为，划针22的针尖的宽度值为大约20～50μm；相邻两个划针22之间的间距大约为1mm～10mm。

在本示例实施方式中，在划槽排针2与施压机构之间还可以设置有多个压力传感器8，具体而言，压力传感器8可以设置在安装板21与驱动板3之间。压力传感器8可以用于检测施压机构给划槽排针2施加的压力。压力传感器8可以为电容式压力传感器、变磁阻式压力传感器(变磁阻式传感器、差动变压器式压力传感器)、霍耳式压力传感器、光纤式压力传感器、谐振式压力传感器等等。当然，压力传感器8也可以设置为一个。

划槽机还可以包括控制单元，控制单元可以用于根据材料层的不同控制施压机构给划槽排针2施加不同的压力，以及根据压力传感器8检测的压力调节施压机构给划槽排针2施加的压力。

在本示例实施方式中，由于薄膜电池各材料层形成的先后是有顺序，而且顺序是固定的，再者同一类产品各材料层的形成厚度是一样的。因此，可以在控制单元内设定第一次需要控制施压机构给划槽排针2施加的压力值为多少，第二次施加的压力值为多少，第三次施加的压力值为多少，如此依次设置每次施加的压力值为多少。控制单元根据划槽次序控制施压机需要施加的压力。

压力传感器8连接于控制单元的信号输入端，控制单元的信号输出端连接于驱动单元的控制端。在控制单元内存储有对每一材料层进行划槽时需要对划槽排针2施加的设定压力值。在施压机给划槽排针2施加压力后，压力传感器8会检测到施压机给划槽排针2施加的压力值，该压力值为检测压力值。控制单元将设定压力值与检测压力值进行比较，当设定压力值大于检测压力值时，控制单元控制增加施压机给划槽排针2施加的压力；当设定压力值小于检测压力值时，控制单元控制减小施压机给划槽排针2施加的压力。通过压力传感器8和控制单元可以实现闭环控制，提高控制精度，从而使划槽的深度一致，提高产品的一致性和合格率。

进一步的，本示例实施方式还提供了一种薄膜电池制备方法，参照图4所示的本实用新型薄膜电池制备方法一实施方式的流程示意框图；该薄膜电池制备方法可以包括以下步骤：

步骤S10，提供柔性绝缘衬底。

步骤S20，在所述柔性绝缘衬底上，以卷对卷工艺镀膜形成薄膜电池的各层材料层。

步骤S30，在对各层所述材料层收卷的同时，对需要划槽的各层所述材料层进行划槽。

上述镀膜与划槽步骤可以包括：

镀膜形成电池背电极金属层，在对电池背电极金属层5进行收卷的同时对电池背电极金属层5进行划槽。

镀膜形成光电转换功能层，在对光电转换功能层6进行收卷的同时对光电转换功能层6进行划槽。

镀膜形成透明导电层，在对透明导电层7进行收卷的同时对透明导电层7进行划槽。

下面对上述镀膜与划槽步骤的进行详细说明。

镀膜形成电池背电极金属层，在对电池背电极金属层5进行收卷的同时对电池背电极金属层5进行划槽。

在本示例实施方式中，首先，形成柔性绝缘衬底4；柔性绝缘衬底4可以为PI(聚酰亚胺)衬底和带有氮化硅涂层的不锈钢衬底等等。在柔性绝缘衬底4之上形成电池背电极金属层5，电池背电极金属层5可以为Mo金属层、Cu金属层、银金属层、银金属层等等。然后，在通过收卷辊1对电池背电极金属层5进行收卷的同时，通过划槽机在电池背电极金属层5上划出第一凹槽51，使第一凹槽51处的柔性绝缘衬底4暴露，即第一凹槽51的深度值大于或等于电池背电极金属层5的厚度值。参照图5所示的在柔性绝缘衬底4上形成电池背电极金属层5的结构示意图。

镀膜形成光电转换功能层，在对光电转换功能层6进行收卷的同时对光电转换功能层6进行划槽。

参照图6所示的在电池背电极金属层5之上形成光电转换功能层6的结构示意图。在电池背电极金属层5之上形成光电转换功能层6，光电转换功能层6可以为非微晶硅薄膜p-n结功能层、铜铟镓硒异质结功能层、碲化镉异质结功能层、砷化镓p-n结功能层、钙钛矿/电子空穴传输功能层等等。光电转换功能层6伸入第一凹槽51内，使光电转换功能层6与柔性绝缘衬底4连接。

参照图7所示的在光电转换功能层6上形成第二凹槽61的结构示意图，在通过收卷辊1对光电转换功能层6进行收卷的同时，通过划槽机在光电转换功能层6上划出第二凹槽61，并使第二凹槽61处的电池背电极金属层5暴露，即第二凹槽61的深度值大于或等于光电转换功能层6的厚度值。第二凹槽61与第一凹槽51平行设置。第二凹槽61与第一凹槽51可以相邻设置，第一凹槽51的靠近第二凹槽61的槽壁的延长线与第二凹槽61的靠近第一凹槽51的槽壁可有重合，也可以不重合。

镀膜形成透明导电层，在对透明导电层7进行收卷的同时对透明导电层7进行划槽。

参照图8所示的在光电转换功能层6之上形成透明导电层7的结构示意图，在光电转换功能层6之上形成透明导电层7，透明导电层7可以为透明导电氧化锌层、透明导电氧化铟层、透明导电石墨烯层等等。透明导电层7伸入第二凹槽61内，使透明导电层7与电池背电极金属层5连接。

参照图9所示的在透明导电层7以及光电转换功能层6上形成第三凹槽71的结构示意图，在通过收卷辊1对透明导电层7进行收卷的同时，通过划槽机在透明导电层7以及光电转换功能层6上划出第三凹槽71，并使第三凹槽71处的所述电池背电极金属层5暴露，即第三凹槽71的深度值大于或等于透明导电层7和光电转换功能层6的厚度值之和。第三凹槽71与第二凹槽61平行设置。第三凹槽71可以与第二凹槽61相邻设置。第三凹槽71的靠近第二凹槽61的槽壁与第二凹槽61的靠近第三凹槽71的槽壁可有重合，也可以不重合。可以在第三凹槽71内设置电极引线。当然，在本实用新型的其他示例实施方式中，可以不在光电转换功能层6上形成第三凹槽71，仅在透明导电层7上形成第三凹槽71。

上述所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中，如有可能，各实施例中所讨论的特征是可互换的。在上面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本实用新型的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本实用新型的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组件、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本实用新型的各方面。

本说明书中使用“约”“大约”的用语通常表示在一给定值或范围的20％之内，较佳是10％之内，且更佳是5％之内。在此给定的数量为大约的数量，意即在没有特定说明的情况下，仍可隐含“约”“大约”“大致”“大概”的含义。

虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。

本说明书中，用语“一个”、“一”、“该”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包含”、“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”和“第三”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

应可理解的是，本实用新型不将其应用限制到本说明书提出的部件的详细结构和布置方式。本实用新型能够具有其他实施方式，并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本实用新型的范围内。应可理解的是，本说明书公开和限定的本实用新型延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。所有这些不同的组合构成本实用新型的多个可替代方面。本说明书所述的实施方式说明了已知用于实现本实用新型的最佳方式，并且将使本领域技术人员能够利用本实用新型。