一种大面积钙钛矿太阳电池制备装置及制备方法与流程

本发明涉及太阳电池技术制备领域，尤其涉及一种大面积钙钛矿太阳电池制备装置及制备方法。

背景技术：

钙钛矿太阳电池的光电转换效率10年时间已经从3.8％上升到24.2％，具备产业化的价值，但是，目前实验中大部分钙钛矿太阳电池的制备方法，特别是光电转换效率超过20％的钙钛矿太阳电池制备方法多为一步反溶剂法、两步旋涂法等，然而旋涂法是无法实现大面积生产的。一些大面积钙钛矿的制备方法，如cvd法、狭缝涂布法，刮涂法，溶液挤压法等被开发，尽管这些方法能够实现大面积制备钙钛矿薄膜，但是，其薄膜质量仍然低于旋涂法，例如cvd法对薄膜生长的精确可控要求很高，而基于溶液的涂布类方法，其湿膜无法大面积的使用反溶剂促进结晶，因此，目前缺乏可大规模生产的方法及相应装备。

现有技术提供了一种应用于制备钙钛矿电池的刮涂设备及制备薄膜的方法，可用于制备大面积的薄膜或层状结构；现有技术还提供了一种基于辊涂工艺的柔性大面积钙钛矿太阳电池的制备方法，其通过调整辊涂工艺实现柔性大面积钙钛矿太阳电池的制备；然而，上述两种制备方法对于涂布之后如何处理湿膜这一关键问题没有提及。现有技术还提供了一种用于制备钙钛矿层的装置，使用真空缓冲罐实现快速真空，尽管可以实现快速降低压强，提高薄膜质量，但是，按照理想气体方程，如果将大气压降低到10pa,缓冲罐至少要比真空腔体体积大1万倍，如此庞大的缓冲罐抽真空到10pa数量级，需要很长时间，显然不适用于工业化生产。

技术实现要素：

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种大面积钙钛矿太阳电池制备装置及制备方法，能够处理湿膜，并且能够实现钙钛矿太阳电池的规模化生产。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种大面积钙钛矿太阳电池制备装置，依次包括：

fto划线p1模块、电子传输层涂布模块、红外辐射模块、电子传输层冷却模块、钙钛矿前驱溶液狭缝涂布模块、钙钛矿湿膜减压蒸馏模块、复合光波退火模块、钙钛矿层冷却模块、空穴传输层涂布模块、空穴层吹干模块、机械划线p2模块、电极蒸发模块和机械划线p3模块，fto玻璃载体依次经过各个模块；

其中，所述第一传递门和所述第二传递门分别设置在所述腔体的两侧，用于供fto玻璃载体通过；所述气动活塞与所述腔体密封连接，并能够沿所述腔体的内壁上下运动，所述多组并联增压泵装置与所述腔体连通。

优选的，所述钙钛矿湿膜减压蒸馏模块内设有多孔挡板，所述多孔挡板位于所述腔体的底部内壁与所述气动活塞之间。

优选的，所述红外辐射模块包括红外灯列阵装置，所述红外灯列阵装置包括若干红外灯。

优选的，所述复合光波退火模块包括复合光波板，所述复合光波板能够发出至少两种波长的红外光。

优选的，所述fto划线p1模块包括用于划割所述fto玻璃载体的激光器。

优选的，所述电子传输层涂布模块和所述空穴传输层涂布模块均包括狭缝涂布装置。

优选的，所述电子传输层冷却模块、所述钙钛矿层冷却模块和所述空穴层吹干模块均包括冷却装置。

优选的，所述冷却装置利用高速氮气冷却。

优选的，所述电极蒸发模块采用线性蒸发源。

一种利用上述制备装置制备钙钛矿太阳电池的方法，包括如下步骤：

s1、将所述fto玻璃载体放置在传递滚轮上，用所述fto划线p1模块刻划所述fto玻璃载体的p1隔离线；

s2、刻划p1隔离线后的fto玻璃载体运动至狭缝涂布装置，在fto玻璃载体的表面涂布电子传输层，然后由红外辐射模块进行退火，再由电子传输层冷却模块对电子传输层进行冷却得到样品ⅰ；

s3、样品ⅰ运动至所述钙钛矿前驱溶液狭缝涂布模块，进行钙钛矿前驱溶液的涂布操作后，在电子传输层表面得到钙钛矿湿膜，然后fto玻璃载体通过第一传递门进入所述腔体内，开启多组并联增压泵装置快速抽真空，一段时间后，所述气动活塞快速向上移动，一段时间后，所述钙钛矿湿膜变成中间态钙钛矿薄膜，得到样品ⅱ；

s4、样品ⅱ运动至复合光波退火模块，所述复合光波退火模块发出红外光进行退火，所述样品ⅱ表面形成钙钛矿薄膜，并利用钙钛矿层冷却模块对钙钛矿薄膜进行冷却，得到样品ⅲ；

s5、样品ⅲ运动至空穴传输层涂布模块，在钙钛矿薄膜表面涂布空穴传输层，然后利用空穴层吹干模块对空穴传输层进行吹干得到样品ⅳ；

s6、样品ⅳ运动至机械划线p2模块，刻划p2隔离线得到样品ⅴ；

s7、样品ⅴ运动至电极蒸发模块，电极蒸发模块采用线性蒸发源蒸发电极得到样品ⅵ；

s8、样品ⅵ运动至机械划线p3模块，刻划p3隔离线。

本发明的有益效果：

1)本发明采用钙钛矿湿膜减压蒸馏模块，该模块能够实现快速抽真空，从而更好处理钙钛矿湿膜，同时实现了钙钛矿太阳电池的规模化生产，操作简单，节省了工艺操作时间，生产效率高。

2)本发明在钙钛矿湿膜减压蒸馏模块内设置多孔挡板，能够实现均匀快速抽真空，以减少或免除了钙钛矿湿膜的损伤。

3)本发明的红外辐射模块采用红外灯列阵装置，多个红外灯产生的热效率更高，更利于电子传输层的快速干燥。

4)本发明的复合光波退火模块至少能够发射两种波长的红外光，利于钙钛矿湿膜退火更快，狭缝涂布装置便于控制膜的厚度和均匀性。

附图说明

图1为本发明所述一种大面积钙钛矿太阳电池制备装置的一较佳实施例的结构示意图。

1.fto划线p1模块；2.电子传输层涂布模块；3.红外辐射模块；4.电子传输层冷却模块；5.钙钛矿前驱溶液狭缝涂布模块；6.钙钛矿湿膜减压蒸馏模块；7.复合光波退火模块；8.钙钛矿层冷却模块；9.空穴传输层涂布模块；10.空穴层吹干模块；11.机械划线p2模块；12.电极蒸发模块；13.机械划线p3模块；101.传递滚轮；102.fto玻璃载体；103.激光器；201.狭缝涂布装置；301.红外灯列阵装置；401.冷却装置；601.腔体；602.第一传递门；603.多组并联增压泵组；604.波纹软管；605.气动活塞；606.多孔挡板；607.第二传递门；701.复合光波板。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

本发明所述一种大面积钙钛矿太阳电池制备装置，依次包括：fto划线p1模块1、电子传输层涂布模块2、红外辐射模块3、电子传输层冷却模块4、钙钛矿前驱溶液狭缝涂布模块5、钙钛矿湿膜减压蒸馏模块6、复合光波退火模块7、钙钛矿层冷却模块8、空穴传输层涂布模块9、空穴层吹干模块10、机械划线p2模块11、电极蒸发模块12和机械划线p3模块13，fto玻璃载体102利用传递滚轮101依次通过各个过程模块。

fto划线p1模块1采用激光器103划割fto玻璃载体102，电子传输层涂布模块2和所述空穴传输层涂布模块9均包括狭缝涂布装置201，狭缝涂布装置201便于控制膜的厚度和均匀性。

红外辐射模块3包括红外灯列阵装置301，红外灯阵列装置301由多组红外灯组装而成，热效率更高，可使电子传输层更快速完成退火，退火效率更高，红外辐射源可以是卤素灯、镍铬铝发热丝、碳晶发热丝等。

电子传输层冷却模块4、钙钛矿层冷却模块8和空穴层吹干模块10包括冷却装置401。作为优选，冷却装置401为利用高速氮气进行冷却，利用高速氮气进行冷却和吹干，使得电子传输层、钙钛矿层和空穴层冷却速度快、干燥速度快。

所述钙钛矿湿膜减压蒸馏模块6包括：腔体601、第一传递门602、第二传递门607、气动活塞605和多组并联增压泵装置603，所述第一传递门602和所述第二传递门607分别设置在所述腔体601的两侧，能够沿腔体601上下滑动，用于供fto玻璃载体102通过，当fto玻璃载体102需要进入腔体601内时，第一传递门602向上滑动，使得fto玻璃载体102通过，然后第一传递门602向下滑动，使得腔体滑动601密闭，同理，当fto玻璃载体102需要腔体601内输出时，第二传递门607向上滑动，使得fto玻璃载体102通过，然后第二传递门607向下滑动，使得腔体滑动601密闭，；所述气动活塞605与所述腔体601密封连接，并能够沿所述腔体601的内壁上下运动，所述多组并联增压泵装置603通过波纹软管604穿过所述气动活塞605与所述腔体601连通。

所述钙钛矿湿膜减压蒸馏模块6内设有多孔挡板606，所述多孔挡板606位于所述腔体601的底部内壁与所述气动活塞605之间，多孔挡板606上的孔径为2～10mm，其具有更好地分割空气流动的作用。

所述电极蒸发模块12采用线性蒸发源。

所述复合光波退火模块7包括复合光波板701，所述复合光波板701能够发出至少两种波长的红外光，本实施例中复合光波板701内拥有两种不同的加热元件，并通过特定滤波片实现复合光波，其退火过程是间歇式的。复合光波板701内包含3um附近和5.7um附近两种波长的光源，可实现快速退火，促使黑色相钙钛矿薄膜的生成。

一种大面积钙钛矿太阳电池制备方法，其包括如下步骤：

s1.将一块30*60厘米的fto玻璃载体102用激光器103进行激光刻划p1隔离线，线宽为100um，线间距为1厘米。

s2.传递滚轮101将裁好的fto玻璃载体102送入电子传输层涂布模块2，通过狭缝涂布电子传输层前驱溶液，其前驱溶液为3％wt的氧化锡纳米晶水溶液，纳米晶大小为10-15nm，涂布完成之后，基片进入红外辐射模块3进行红外退火，使用红外灯辐射10s秒去除电池电子传输层的溶剂，之后利用带有高速氮气的冷却装置401对电子传输层进行冷却。

s3.将涂有电子传输层的fto玻璃载体102用传递滚轮101传递至钙钛矿前驱溶液狭缝涂布模块5，通过狭缝涂布法涂布钙钛矿前驱溶液，钙钛矿前驱液体溶剂为dmf:dmso＝4:1，溶质为mai(1.2m),pbi2(1.2m),涂布完成后送入腔体601中，开启多组并联增压泵装置603快速抽真空，10s后，气动活塞605快速向上移动用以加速腔体内气压下降速度，15s后，腔体601压力下降到约5pa，此时，经涂布的湿膜变成一种中间态的钙钛矿薄膜，之后减压蒸馏腔立刻放气达到大气压，并将基片转移到复合光波退火模块7进行复合光波退火工序。

s4.复合光波板701中复合光波灯开启5s关闭10s，如此循环，共4个循环，形成钙钛矿薄膜，之后通过带有高速氮气的冷却装置401快速冷却。

s5.用狭缝涂布装置201进行空穴传输层的涂布操作，钙钛矿薄膜通过狭缝涂布空穴材料前驱溶液，如sprio，其浓度为1m,之后通过带有高速氮气的冷却装置401对空穴传输层进行吹干。

s6.用传递滚轮101传递如机械划线p2模块11，转移到机械划线机构，与p1隔离线间隔100um刻画第二条p2隔离线，p2隔离线将刻掉电子传输层，钙钛矿层，和空穴传输层，并保留fto层

s7.最后，进入电极蒸发模块12，使用一个线性蒸发源蒸发金属电极，

s8.与p2间隔100um刻划隔离线p3,p3将刻掉电池传输层，钙钛矿层和空穴传输层，电极，并保留fto，封装形成钙钛矿组件。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。