一种补偿型涂布装置及涂布工艺 |
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| 申请号 | CN202410157743.3 | 申请日 | 2024-02-04 | 公开(公告)号 | CN118002412A | 公开(公告)日 | 2024-05-10 |
| 申请人 | 北京烁威光电科技有限公司; | 发明人 | 包征; 杨晓宇; 涂用广; 叶冯俊; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种补偿型涂布装置及涂布工艺，涂布装置包括 基台 、涂布机构、 支撑 架和至少一套预涂布机构，基台用于放置基底；涂布机构设于基台上方，支撑架用于支撑固定涂布机构，预涂布机构设于涂布机构涂布方向上且不与涂布机构 接触 ；预涂布机构通过 支架 与支撑架连接，预涂布机构与涂布机构在涂布过程中同步进行匀速运动。该补偿型涂布装置和涂布工艺可以在涂布过程中先进行预涂布，再进行补偿式的二次涂布，从而可以将预涂布时由于基底因素可能形成的孔洞及时进行 覆盖 或削除，大幅减少后续结晶后 钙 钛 矿 薄膜 中的孔洞，有效提高 钙钛矿 太阳能 电池 器件的性能。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种补偿型涂布装置，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 一种补偿型涂布装置及涂布工艺技术领域背景技术[0002] 钙钛矿材料，既不是钙也不是钛，而是具备相同晶体结构的一类“陶瓷氧化物”的统称，分子式为ABX3。A代表“大半径阳离子”，B代表“金属阳离子”，X则代表“卤族阴离子”。这三种离子通过不同元素的排列组合，或者调整彼此之间的距离，可以呈现许多神奇的物理特性，包括但不限于绝缘、铁电、反铁磁、巨磁效应等。钙钛矿作为最具潜力的新型材料，可作为太阳能电池的吸收层，其具有众多优异的光电特性，如可调节的带隙、高吸光系数、低激子束缚能、高载流子迁移率、高缺陷容忍度等。同时，钙钛矿制备工艺简单，可实现半透明、超轻、超薄、柔性等效果。此外，钙钛矿原材料来源广泛且含量丰富。这些优势都让钙钛矿太阳能电池成为颠覆晶硅和薄膜太阳能电池的新一代技术。 [0003] 目前大多是采用溶液法制备钙钛矿层，即将配置好的钙钛矿粉末加入溶剂，制成钙钛矿前驱体溶液，利用旋涂、狭缝、刮涂或微凹等涂布技术将钙钛矿前驱体溶液均匀涂覆在基底表面，形成液膜，然后滴加反溶剂、风刀或VCD(Vacuum concentrate drying，真空干燥浓缩)，使溶剂快速挥发，最后进行高温退火形成多晶钙钛矿薄膜。因刮涂和狭缝涂布技术制备过程比较简单、快速、成本低、可大面积制备等优点，在钙钛矿领域逐渐成为比较重要的涂布技术。 [0004] 如图1和2所示，现有的涂布装置主要包括大理石基台、刮刀或狭缝涂布头、以及刮刀支撑架，在涂布过程中刮涂或狭缝涂布是从起始位置匀速涂布到末端结束位置的，涂布效果主要受基底的影响比较大，如果基底表面有灰尘掉落、存在某些缺陷(如凸起、凹坑、划伤等)或某些区域表面不浸润，涂布完成后，后续结晶后的钙钛矿薄膜容易形成肉眼可视的大孔洞和肉眼无法观察到的针尖孔洞，最终影响钙钛矿电池性能。 发明内容[0005] 本发明的目的在于提供一种补偿型涂布装置及涂布工艺，该补偿型涂布装置可以通过两次涂布作用对第一次涂布可能产生的孔洞进行二次覆盖或削除，从而减少结晶后钙钛矿薄膜中的孔洞等缺陷，进而提高钙钛矿太阳能电池的性能。 [0006] 本发明的实施例可以这样实现： [0007] 第一方面，本发明提供了一种补偿型涂布装置，包括： [0008] 基台，用于放置基底； [0009] 涂布机构，设于所述基台上方； [0010] 支撑架，用于支撑固定所述涂布机构； [0012] 相比于现有技术，本发明提供的补偿型涂布装置通过增设预涂布机构，可以在涂布过程中先进行预涂布，再进行补偿式的二次涂布，从而可以将预涂布时由于基底因素可能形成的孔洞及时进行覆盖或削除，这大幅减少后续结晶后钙钛矿薄膜中的孔洞，有效提高钙钛矿太阳能电池器件的性能。同时，预涂布机构与涂布机构可用同一套驱动系统，节省了涂布装置的空间，并可以提高涂布装置的涂布效率。 [0013] 优选地，支架为伸缩支架，所述预涂布机构与所述涂布机构的间距为5～30cm。 [0014] 在一些实施方式中，预涂布机构与基底的距离小于所述涂布机构与基底的距离，所述预涂布机构在基底上预涂后所述涂布机构在预涂形成的液膜上进行二次涂布。 [0015] 在其它实施方式中，预涂布机构与基底的距离大于所述涂布机构与基底的距离，所述预涂布机构在基底上预涂后所述涂布机构在预涂形成的液膜上进行削薄加工。 [0016] 优选地，预涂布机构与所述支撑架可拆卸连接。 [0017] 在一些实施方式中，至少设有两套所述预涂布机构；所述支架上带有刻度，至少两套所述预涂布机构均与所述支架可拆卸连接。 [0018] 进一步地，上述涂布机构既可以是刮刀也可以是狭缝涂布头。 [0019] 第二方面，本发明还提供一种补偿型涂布工艺，包括以下步骤： [0020] 先将待涂布的基底放置于上述任一实施方式中的涂布装置的基台上，开始涂布后，对基底依次进行至少两次涂布。 [0021] 在一些实施方式中，涂布时，移液枪依次给预涂布机构和涂布机构滴液，涂布机构在预涂布机构涂布形成的液膜上进行二次涂布。 [0022] 在另一些实施方式中，涂布时，移液枪仅给预涂布机构滴液，涂布机构在预涂布机构涂布形成的液膜上进行削薄加工。 [0023] 本发明提供的补偿型涂布装置，可以在现有的涂布装置基础上增设一套或多套的预涂布机构，通过和现有的涂布机构共用一套驱动系统，既节省了空间，又可以确保预涂布机构和涂布机构的同步运行。预涂布机构和涂布机构二者之间间隔一定的距离，在涂布开始后二者同时开始匀速运动，预涂布机构由于设于涂布机构的涂布方向上，其会先对基底进行预涂布，而由于基底可能存在的灰尘或表面缺陷等情况导致预涂布可能有形成孔洞，而涂布机构随之进行的二次涂布则可以很好地进行补偿，将孔洞覆盖或者削除，从而对预涂布形成的液膜起到加工的作用，有效减少了后续结晶得到的钙钛矿薄膜的孔洞等缺陷。基于该补偿型涂布装置的涂布工艺可以有效避免涂布形成的液膜上孔洞缺陷的产生，提高最终钙钛矿太阳能电池器件的良品率和性能。 附图说明 [0024] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。 [0025] 图1为现有的涂布装置的结构示意图； [0026] 图2为现有的涂布装置的结构示意图(侧视图)； [0027] 图3为本发明一些实施方式的涂布装置的结构示意图； [0028] 图4为本发明一些实施方式的涂布装置的结构示意图(侧视图)； [0029] 图5为本发明一些实施方式的涂布装置的涂布状态示意图； [0030] 图6为本发明另一些实施方式的涂布装置的涂布状态示意图； [0031] 图7为本发明一些实施方式的涂布装置的侧面示意图； [0032] 图8为本发明一些实施方式的支架俯视图。 [0033] 图标：100‑补偿型涂布装置；110‑基台；120‑涂布机构；121‑狭缝唇口；122‑螺丝；130‑支撑架；140‑预涂布机构；141‑狭缝唇口；142‑固定支架；143‑螺丝旋钮；150‑支架； 160‑带刻度支架；170‑滑轨；200‑基底；300‑钙钛矿前驱体溶液。 具体实施方式[0034] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。 [0035] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0036] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。 [0037] 在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。 [0038] 此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。 [0039] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。 [0040] 目前常规的钙钛矿薄膜涂布装置如图1和2所示，包括基台110、涂布机构120、支撑架130。涂布机构120通过螺丝122或其他固定方式固定于支撑架130上，涂布机构120为刮刀或狭缝涂布头，底部为刮刀刀头或狭缝唇口，涂布时基底置于基台110上表面，涂布过程中通过涂布机构120在基台110上沿水平方向匀速运动(相关结构图未示)将钙钛矿前驱体溶液均匀铺展在基底上。刮涂和狭缝涂布两种方式均比较简单，可以快速、低成本、大面积制备钙钛矿薄膜。涂布效果主要受基底的影响比较大，如果基底表面有灰尘掉落、存在某些缺陷(如凸起、凹坑、划伤等)或某些区域表面不浸润，涂布完成后，后续结晶后的钙钛矿薄膜容易形成肉眼可视的大孔洞和肉眼无法观察到的针尖孔洞，最终影响钙钛矿电池性能。鉴于此，本发明创造性地提出了以下方案： [0041] 请参阅图3，本发明的一些实施方式提供了一种补偿型涂布装置100，其包括基台110、涂布机构120、支撑架130、预涂布机构140和支架150。其中基台110用于放置基底，以便对其进行涂布；涂布机构120和支撑架130结构也与现有的涂布装置基本相同，涂布机构120固定安装于支撑架130上，其可以是刮刀也可以是狭缝涂布头，且其底部正对基台110上表面。本发明创造性地增加了预涂布机构140，其通过支架150与支撑架130连接，并位于涂布机构120涂布过程的前进方向上，但不与涂布机构120任意位置相接触，以避免涂布过程的相互干扰。涂布开始时，预涂布机构140先对基底进行第一次涂布，接着与预涂布机构140同时开始匀速前进的涂布机构120对基底进行第二次涂布，对第一次涂布中可能产生的孔洞进行覆盖或其它形式的补偿，使得涂布形成的液膜表面更为平整，最终形成的钙钛矿薄膜上孔洞减少，提高钙钛矿电池器件的性能。 [0042] 具体的，预涂布机构140与涂布机构120使用同一套驱动系统(图未示)，以节省补偿型涂布装置100的空间，同时也可以提高涂布的效率、节省能耗。 [0043] 具体的，请同时参阅图4，在一些实施方式中，为了便于在原涂布装置上进行加装和拆卸，预涂布机构140通过螺丝安装于固定支架142上，再将固定支架142两端与支架150可拆卸连接，并将支架150可拆卸式安装于支撑架130两侧。基于该连接方式，补偿型涂布装置100也可以根据使用场景将预涂布机构140、固定支架142和支架150拆卸从而作为常规的涂布装置使用，可以满足多重涂布功能的需求。 [0044] 在优选的实施方式中，为了方便地调节预涂布机构140和涂布机构120之间的距离，支架150可以采用伸缩支架，通过支架150的伸缩可以灵活调整预涂布机构140和涂布机构120之间的距离，通常预涂布机构140和涂布机构120之间的距离在5～30cm范围内调整，理想的距离需要根据所涂布的钙钛矿前驱体溶液中溶剂的挥发速度来调整，通常在涂布开始前先通过可伸缩的支架150调整预涂布机构140和涂布机构120相距合适的距离后，再启动涂布装置进行涂布作业。 [0045] 请同时参阅图5，在一些实施方式中，预涂布机构140和涂布机构120均需要移液枪(图未示)供液(钙钛矿前驱体溶液300)，因此预涂布机构140和涂布机构120之间的距离也需要留足够空间使移液枪可以先给预涂布机构140供液再给涂布机构120供液，即预涂布机构140和涂布机构120共同使用一套供液系统。当然，在其它实施例中，也可以由两套供液系统分别向预涂布机构140和涂布机构120供液。在预涂布机构140和涂布机构120均需要供液的实施方式中，需确保预涂布机构140与基底200的距离小于涂布机构120与基底200的距离，以狭缝涂布为例，即需要确保预涂布机构140的狭缝唇口141相比涂布机构120的狭缝唇口121底部更靠近基底200。基于此，涂布开始后，预涂布机构140先在基底200上预涂布一层液膜，紧接着涂布机构120在该液膜上进行二次涂布，对其进行覆盖和补偿，从而覆盖了预涂布后可能产生的孔洞，有效减少了结晶后的钙钛矿薄膜上孔洞的产生，提高钙钛矿薄膜性能。此种补偿型涂布方式中，预涂布机构140与基底200的距离小于涂布机构120与基底200的距离可以确保二次涂布形成的液膜较预涂布的略厚，且二次涂布时不会对预涂布形成的液膜有所破坏，而是在其基础上进行覆盖和补偿，从而填补了其表面的孔洞。 [0046] 请参阅图6，在另一些实施方式中，仅需对预涂布机构140供液(钙钛矿前驱体溶液300)，而涂布机构120则无需供液，在此种情况下需确保预涂布机构140与基底200的距离大于涂布机构120与基底200的距离，以刮涂为例，即需要确保涂布机构120的刮刀底部相比预涂布机构140的刮刀底部更靠近基底200。基于此，涂布开始后，预涂布机构140先在基底200上预涂布一层较厚的液膜，紧接着涂布机构120在该液膜上进行二次涂布，但并非再次涂布覆盖一层液膜，而是对预涂布形成的液膜进行削薄，即利用涂布机构120的刮刀对预涂布形成的液膜进行二次加工，从而将其表面的孔洞削除，减少了结晶后的钙钛矿薄膜上孔洞的产生。 [0047] 在一些实施方式中，预涂布机构140不一定只有一套，而可以根据实际需要设计为n套(n≥1，且n为整数)。如图7所示，该实施例中设有4套预涂布机构140，即包括涂布机构120共有五套涂布机构。为了便于调整4套预涂布机构140与涂布机构120的距离以及相邻预涂布机构140的距离，在优选的实施方式中，如图8所示，可以设置一带有刻度的支架用来同时安装固定4套预涂布机构140。该带刻度支架160取代其他实施方式中的伸缩支架，4套预涂布机构140可以通过固定支架142的两端固定螺丝旋钮143固定于带刻度支架160上，带刻度支架160支架臂上带有精度为微米级的刻度标识，涂布前可以通过调节螺丝旋钮143方便地调节不同刮刀或狭缝涂布头之间的距离，同时可以通过螺丝旋钮143旋紧将各预涂布机构140固定。不同的预涂布机构140可以分别设置不同的涂布工艺，根据需求设置与基底的距离、是否滴液、预涂布机构140之间的距离等参数，使多套预涂布机构140和涂布机构120之间相互配合达到更优的涂布效果，最大程度减少孔洞的产生，进而提高制得的钙钛矿薄膜的性能。在其他实施例中，可以根据需要增减预涂布机构140的数量，针对不同的钙钛矿前驱体溶液可以通过实验确定最佳的涂布方案，并通过调整补偿型涂布装置100的各种设置来配合涂布方案的实施。 [0048] 通常的，基台110选用大理石材质，以确保足够的光滑度和硬度。基底200则一般为刚性基底。 [0049] 本发明的补偿型涂布装置100的工作原理和工作过程为：在涂布开始前先根据前驱体溶液的溶剂挥发速度调节预涂布机构140和涂布机构120的距离，然后启动补偿型涂布装置100，此时预涂布机构140和涂布机构120在支撑架130的带动下沿着滑轨170同时开始匀速运动，预涂布机构140在前，先对基底200进行预涂布，而随后涂布机构120对预涂布形成的液膜进行二次涂布或削薄，二次涂布可以覆盖预涂布可能产生的孔洞等缺陷，而削薄液膜同样可以将孔洞等缺陷去除。经过预涂布机构140和涂布机构120的涂布和加工，液膜上的孔洞等缺陷大幅较少，后续形成的钙钛矿薄膜孔洞等缺陷较少甚至不存在，可以有效提高最终钙钛矿太阳能电池器件的性能和良品率。 [0050] 相应地，本发明还提供了一种补偿型涂布工艺，包括以下步骤：先将待涂布的基底200放置于补偿型涂布装置100的基台110上，然后启动补偿型涂布装置100开始涂布，对基底200依次进行至少两次的涂布。 [0051] 在一些实施方式中，涂布时移液枪依次给预涂布机构140和涂布机构120滴液，预涂布机构140先涂布形成一层液膜，涂布机构120在该液膜基础上进一步涂布覆盖一层液膜，从而将预涂布形成的液膜上可能存在的孔洞进行覆盖，并且由于第二次涂布是在液膜表面进行涂布，不存在产生新的孔洞的问题，因此经过两次涂布后形成的液膜表面没有孔洞或仅有极少的孔洞，有效提高了钙钛矿薄膜的质量。 [0052] 在一些实施方式中，涂布时移液枪仅给预涂布机构140滴液，预涂布机构140先涂布形成一层液膜，涂布机构120在该液膜基础上对其进行削薄加工，从而去除液膜表面可能存在的孔洞等缺陷，提高钙钛矿薄膜质量。 [0053] 基于补偿型涂布装置100的涂布工艺，有效解决了现有涂布工艺存在的涂布后钙钛矿薄膜容易存在孔洞等缺陷的问题，从而改善了制得的钙钛矿薄膜的质量，提高最终钙钛矿太阳能电池器件的良品率和性能。 [0054] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。 |
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