一体式钙钛矿组件生产线的制作方法

1.本实用新型属于钙钛矿组件生产领域，具体涉及一种一体式钙钛矿组件生产线。


背景技术：

2.目前制备钙钛矿太阳能组件制备方法有很多，钙钛矿吸收层制备方法有旋涂法、真空法、刮涂法及喷涂法等。这些方法可大致分为溶液法和真空法，溶液法就是把钙钛矿的前驱体材料全部溶解在n,n-二甲基甲酰胺(dmf)或二甲基亚砜(dmso)等有机溶剂中，通过旋涂法、刮涂法、喷涂法或狭缝涂布法(slot-die)等制备钙钛矿膜层；而真空法则是通过热蒸发法、溅射法、近空间升华法(css)、气相输运法(vtd)、近空间气相输运法 (csvt)等在真空状态下把钙钛矿的前驱体材料直接制备到衬底上，全程没有溶剂参与。溶液法很难在粗糙或有缺陷的衬底上实现完全覆盖，因此并不适合在绒面基底及不平整基底上制备均匀的膜层。真空法可在不同粗糙度或形貌的衬底上保形沉积钙钛矿膜层。htl、 etl和钝化层制备方法有磁控溅射、ald、cvd、蒸发镀、旋涂、刮涂或狭缝涂布等等，这些方法可大致分为溶液法和真空法。电极层制备方法主要为真空法，有磁控溅射或蒸发镀等。子电池间互联采用刻划工艺，包括机械刻划或激光刻划。以上所有工序在产线或研发线都独立分离，之间通过自动线连接，或者各工序设备间无任何连接，每个工序结束后需要破真空或工序直接在大气中完成，导致生产效率低下。
3.因此，现在钙钛矿组件生产线有待改进。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种一体式钙钛矿组件生产线，采用该生产线不仅可以降低占地面积，而且可以同时提高钙钛矿组件生产效率和质量。
5.在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种一体式钙钛矿组件生产线。根据本实用新型的实施例，该生产线包括：
6.进片区，所述进片区包括依次布置的进片台、进片腔和第一转移腔，所述进片台和所述进片腔之间以及所述进片腔与所述第一转移腔之间设有门阀，并且所述进片腔设有抽真空装置；
7.工作区，所述工作区包括依次布置的空穴传输层沉积腔、钙钛矿吸收层沉积腔和电子传输层沉积腔，所述第一转移腔和所述空穴传输层沉积腔之间、所述空穴传输层沉积腔和所述钙钛矿吸收层沉积腔之间以及所述钙钛矿吸收层沉积腔与所述电子传输层沉积腔之间设有门阀；
8.出片区，所述出片区包括依次布置的第二转移腔、出片腔和出片台，所述电子传输层沉积腔与所述第二转移腔之间、所述第二转移腔与所述出片腔之间以及所述出片腔与所述出片台之间设有门阀；
9.传动装置，所述传动装置依次穿过所述进片区、工作区和出片区，并且基底载台在
所述传动装置上可移动布置。
10.根据本实用新型实施例的一体式钙钛矿组件生产线，其包括进片区、工作区、出片区和传动装置，进片区包括依次布置的进片台、进片腔和第一转移腔，工作区包括依次布置的空穴传输层沉积腔、钙钛矿吸收层沉积腔和电子传输层沉积腔，出片区包括依次布置的第二转移腔、出片腔和出片台，并且在进片腔设置抽真空装置以及各腔室之间设有门阀，传动装置依次穿过进片区、工作区和出片区，即传动装置上设置的基底载台带着基底经进片区和进片腔之间的门阀进入进片腔，进片腔中的抽真空装置启动进行抽真空操作，然后进片腔和第一转移腔之间门阀开启，基底载台带动基底进入第一转移腔，在第一转移腔基底载台加速到预定速度后第一转移腔和空穴传输层沉积腔之间的门阀打开，基底进入空穴传输层沉积腔，在基底一侧表面上形成空穴传输层，然后空穴传输层沉积腔和钙钛矿吸收层沉积腔之间的门阀打开，基底载台带动基底进入钙钛矿吸收层沉积腔，从而在空穴传输层上形成钙钛矿吸收层，接着钙钛矿吸收层沉积腔与电子传输层沉积腔之间的门阀打开，基底载台带动基底进入电子传输层沉积腔，从而在钙钛矿吸收层上形成电子传输层，接着电子传输层沉积腔与第二转移腔之间门阀打开，基底载台带动基底进入第二转移腔，在第二转移腔调整速度后，第二转移腔与出片腔之间的门阀打开，基底载台带动基底进入出片腔，在出片腔内压力调整为大气压，最后经出片腔与出片台之间的门阀进入出片台，即整个工序在各封闭的腔室中进行，并且仅需在进片区设置进片腔和第一转移腔以及在出片区设置出片腔和第二转移腔，相较于现有技术中空穴传输层沉积设备、钙钛矿吸收层沉积设备和电子传输层沉积设备均设置对应进片腔、转移腔和出片腔，本技术的生产线显著降低了设备成本和占地面积，同时避免了各腔室之间的破真空操作，从而同时提高钙钛矿组件生产效率和质量。
11.另外，根据本实用新型上述实施例的一体式钙钛矿组件生产线还可以具有如下附加的技术特征：
12.在本实用新型的一些实施例中，所述进片区进一步包括第一缓冲腔，所述第一缓冲腔设在所述进片腔和所述第一转移腔之间。
13.在本实用新型的一些实施例中，所述第一缓冲腔设有水汽吸收装置。由此，可以有效吸收基底或基底架上的水汽，从而提高钙钛矿组件质量。
14.在本实用新型的一些实施例中，所述空穴传输层沉积腔、所述钙钛矿吸收层沉积腔和所述电子传输层沉积腔中的至少之一设有冷却装置。由此，可以有效控制工作区各腔室内的沉积温度。
15.在本实用新型的一些实施例中，所述空穴传输层沉积腔、钙钛矿吸收层沉积腔和电子传输层沉积腔内设有真空成膜装置。
16.在本实用新型的一些实施例中，所述真空成膜装置包括磁控溅射设备、蒸发镀设备、 ald成膜设备、cvd成膜设备、rpd成膜设备、css成膜设备或vtd成膜设备。
17.在本实用新型的一些实施例中，所述工作区进一步包括第一钝化层沉积腔和所述第二钝化层沉积腔，所述第一钝化层沉积腔设在所述空穴传输层沉积腔和所述钙钛矿吸收层沉积腔之间，所述第二钝化层沉积腔设在所述钙钛矿吸收层沉积腔和所述电子传输层沉积腔之间。
18.在本实用新型的一些实施例中，所述空穴传输层沉积腔与所述第一钝化层沉积腔
之间、所述第一钝化层沉积腔与所述钙钛矿吸收层沉积腔之间、所述钙钛矿沉积腔与所述第二钝化层沉积腔之间以及所述第二钝化层沉积腔与所述出片腔之间设有所述门阀。
19.在本实用新型的一些实施例中，所述第一钝化层沉积腔和所述第二钝化层沉积腔分别独立地设有内设有真空成膜装置。
20.在本实用新型的一些实施例中，所述出片区进一步包括第二缓冲腔，所述第二缓冲腔设在所述第二转移腔和所述出片腔之间。
21.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
22.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
23.图1是根据本实用新型一个实施例的一体式钙钛矿组件生产线的结构示意图；
24.图2是根据本实用新型再一个实施例的一体式钙钛矿组件生产线的结构示意图；
25.图3是根据本实用新型又一个实施例的一体式钙钛矿组件生产线的结构示意图；
26.图4是实施例1得到的钙钛矿太阳能电池组件的结构示意图。
具体实施方式
27.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
28.本技术的技术方案是发明人基于下列发现完成的：目前制备钙钛矿组件的前道主要工序是镀膜工序和刻划工序，其中镀膜工序包括空穴传输层沉积、钙钛矿吸收层沉积、电子传输层沉积和电极镀膜，各镀膜工序制备在产线或研发线上以上所有工序连续，但是每个工序独立使用一台设备，各工序设备间通过自动线连接，每个工序结束后需要破空或工序全程直接在大气中发生。目前这种分体式设计，各工序设备加设备间自动线设备总长度过长，比如空穴传输层、钙钛矿吸收层、电子传输层和电极层每台真空镀膜设备都有进出片腔、缓冲和转移腔，设备成本和占地面积较大，同时各膜层暴露空气会降低界面质量恶化器件性能。
29.为此，在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种一体式钙钛矿组件生产线。根据本实用新型的实施例，参考图1，该生产线包括：进片区100、工作区200、出片区300 和传动装置400。
30.根据本实用新型的实施例，参考图1，进片区100包括依次布置的进片台11、进片腔 12和第一转移腔13，进片台11和进片腔12之间以及进片腔12与第一转移腔13之间设有门阀10，并且进片腔12设有抽真空装置121。具体的，基底载台经进片区11和进片腔12 之间的门阀10进入进片腔12，进片腔12中的抽真空装置121启动进行抽真空操作，待达到预定真空度后，进片腔12和第一转移腔13之间门阀10开启，基底载台带动基底进入第一转移腔13，在第一转移腔13基底载台加速到预定速度。需要说明的是，进片台11、进片腔12、第一转移腔13
和抽真空装置121均为本领域常规设备，此处不再赘述。
31.根据本实用新型的一个实施例，参考图2，进片区100进一步包括第一缓冲腔14，第一缓冲腔14设在进片腔12和第一转移腔13之间，并且在第一缓冲腔14中布置水汽吸收装置111，用于吸收基底架和/或基底表面的水汽。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对水汽吸收装置111的具体类型选择，例如采用冷阱。同时为了实现第一缓冲腔14与其他腔室的隔离，进片腔12与第一缓冲腔14之间以及第一缓冲腔14与第一转移腔13之间设置门阀10。进一步地，为了节省设备空间和成本，可以将第一缓冲腔14集成到进片腔12中，即进片腔12和第一缓冲腔14共同采用一个腔室。
32.根据本实用新型的实施例，参考图1，工作区200包括依次布置的空穴传输层沉积腔 21、钙钛矿吸收层沉积腔22和电子传输层沉积腔23，第一转移腔13和空穴传输层沉积腔21之间、空穴传输层沉积腔21和钙钛矿吸收层沉积腔22之间以及钙钛矿吸收层沉积腔22 与电子传输层沉积腔23之间设有门阀10。具体的，在第一转移腔13基底载台被加速到预定速度后，第一转移腔13和空穴传输层沉积腔21之间的门阀10打开，基底进入空穴传输层沉积腔21，在基底一侧表面上形成空穴传输层，然后空穴传输层沉积腔21和钙钛矿吸收层沉积腔22之间的门阀10打开，基底载台带动基底进入钙钛矿吸收层沉积腔22，从而在空穴传输层上形成钙钛矿吸收层，接着钙钛矿吸收层沉积腔22与电子传输层沉积腔23 之间的门阀10打开，基底载台带动基底进入电子传输层沉积腔23，从而在钙钛矿吸收层上形成电子传输层。
33.根据本实用新型的一个实施例，上述空穴传输层沉积腔21、钙钛矿吸收层沉积腔22 和电子传输层沉积腔23中的至少之一设有冷却装置20，用于有效控制工作区各腔室内的沉积温度。
34.根据本实用新型一个具体实施例，空穴传输层沉积腔21、钙钛矿吸收层沉积腔22和电子传输层沉积腔23内分别独立地设有真空成膜装置，并且空穴传输层沉积腔21、钙钛矿吸收层沉积腔22和电子传输层沉积腔23中真空成膜装置分别独立地包括磁控溅射设备、蒸发镀设备、ald成膜设备、cvd成膜设备、rpd成膜设备、css成膜设备或vtd成膜设备。
35.需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对基底、空穴传输层、钙钛矿吸收层和电子传输层的具体类型或组成进行选择，例如基底可以采用导电玻璃基底或绒面基底，其中导电玻璃包括掺锡氧化铟(ito)导电玻璃或掺氟氧化锡(fto)导电玻璃等，绒面基底包括钙钛矿-硅叠层太阳电池的晶硅绒面基底及其他绒面基底。空穴传输层包括但不仅限于硫氰酸亚铜(cuscn)、碘化亚铜(cui)、氧化铜(cuo)、氧化亚铜(cu2o)、氧化镍 (nio)、五氧化二钒(v2o5)、三氧化钼(moo3)、spiro-ometad、p3ht、ptaa、pedot:pss、二氧化钛(tio2)、二氧化锡(sno2)、掺锌氧化锡(zto)、硫化镉(cds)、富勒烯(c60)、掺镁氧化锌(zmo)、氧化锌(zno)、pcbm等，并且空穴传输层的最优厚度范围是 5nm～50nm。钙钛矿吸收层包括fapbi3、mapbi3、fa
x
cs
(1-x)
pbi3、fa
x
cs
(1-x)
pbiybr
3-y
、 facsmapbiybr
3-y
、cspbi3等有机无机钙钛矿材料。电子传输层包括硫氰酸亚铜(cuscn)、碘化亚铜(cui)、氧化铜(cuo)、氧化亚铜(cu2o)、氧化镍(nio)、五氧化二钒(v2o5)、三氧化钼(moo3)、spiro-ometad、p3ht、ptaa、pedot:pss、二氧化钛(tio2)、二氧化锡(sno2)、掺锌氧化锡(zto)、硫化镉(cds)、富勒烯(c
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)、掺镁氧化锌(zmo)、氧化锌(zno)、pcbm等，并且电子传输层最优厚度范围是5nm-50nm。需要说明的是，若空穴传输层沉积腔21、钙钛矿吸收层沉积腔22和电子传输层沉积腔23采
和出片区300，并且基底载台在传动装置400上可移动布置。具体的，基底载台是一个中间镂空结构的基片支架，镂空四边均有固定夹块用于固定基片，基片架可以立式放置也可以卧式放置，取决于生产线是立式还是卧式，传动装置400带动基片在各个腔室间传递完成镀膜，同时基底载台速度可调。
41.需要说明的是，在每个腔内均布置有真空计，用于测试每个腔内的气压。
42.由此，本技术的生产线显著降低了设备成本和占地面积，同时避免了各腔室之间的破真空操作，从而同时提高钙钛矿组件生产效率和质量。
43.进一步地，在上述经出片台33得到的钙钛矿组件上刻划后制备背电极，形成钙钛矿太阳能电池。具体的，背电极包括金属电极、透明导电氧化物、金属纳米线等，其中金属电极包括但不限于以下材料：银(ag)、铜(cu)、金(au)、铝(al)、钼(mo)、铬(cr) 等，金属背电极最优厚度范围为40nm-100nm，沉积方法有蒸发法和磁控溅射法等。透明导电氧化物包括但不限于以下材料：掺锡氧化铟(ito)、掺铝氧化锌(azo)、掺钨氧化铟 (iwo)、掺锌氧化铟(izo)，沉积方法有rpd和磁控溅射法等，最优厚度范围为 50nm-100nm。
44.下面参考具体实施例，对本实用新型进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本实用新型。
45.对比例
46.在电荷传输层沉积腔在fto导电玻璃上溅射沉积厚度为10～50nmnio薄膜，然后破真空转移至蒸镀设备在nio薄膜上蒸镀厚度为1～5nm的csbr钝化层，然后破真空转移至蒸镀设备在cs钝化层上形成厚度为300～600nm的facspbi3吸收层，接着继续破真空转移至蒸镀制备在facspbi3吸收层形成厚度为1～6nmpeai钝化层，接着继续破真空转移至蒸发镀设备在peai钝化层上蒸镀形成厚度为10～50nmc60和1～10nmbcp，然后再经过p2刻划、溅射沉积50～150nmcu、p3刻划、清边和后道封装工序，最终制备出钙钛矿太阳能组件。
47.实施例
48.采用图3所示的生产线，fto导电玻璃经依次经进片台11、进片腔12、第一缓冲腔 14、第一转移腔13进入空穴传输层沉积腔21，在fto导电玻璃(基底1)上溅射沉积厚度为10～50nm的nio薄膜(空穴传输层2)，然后空穴传输层沉积腔21和第一钝化层沉积腔24之间的门阀10打开，基片进入第一钝化层沉积腔24，在nio薄膜上蒸镀厚度为1～5nm 的csbr(第一钝化层3)，第一钝化层沉积腔24和钙钛矿吸收层沉积腔22之间的门阀10 打开，基片进入钙钛矿吸收层沉积腔22，在第一钝化层上形成厚度为300～600nm的 facspbi3(钙钛矿吸收层4)，钙钛矿吸收层沉积腔22与第二钝化层沉积腔25之间的门阀 10打开，在钙钛矿吸收层上形成厚度为1～6nm的peai(第一钝化层5)，第二钝化层沉积腔25与电子传输层沉积腔23之间的门阀10打开，基片进入电子传输层沉积腔23在第二钝化层上依次蒸镀形成厚度为10～50nm的c60和厚度为1～10nm的bcp(电子传输层6)，然后基片依次经第二转移腔31、第二缓冲腔34、出片腔32和出片台33完成出片，得到的钙钛矿组件先后经过p2刻划、溅射沉积厚度为50～150nm的cu(背电极7)、p3刻划、清边和后道封装工序，最终制备出钙钛矿太阳能电池组件(如图4所示)。
49.对比例和实施例得到的钙钛矿太阳能电池组件的性能测试数据如表1所示。
50.表1
[0051][0052]
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0053]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0054]
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0055]
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0056]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0057]
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。