[发明专利]应用于制备钙钛矿电池的刮涂设备及制备薄膜的方法

说明书

本发明公开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。应用于制备钙钛矿电池的刮涂设备，其包括线棒，所述线棒包括线棒本体，所述线棒本体内设置有沿轴向延伸的储液腔，所述储液腔用以存储料液，同时所述线棒本体表面还开设有沿轴向延伸的狭缝，所述储液腔与狭缝连通。本发明实施例提供的刮涂设备，适用于制备大面积的薄膜或层状结构，其能够使线棒能在长距离刮涂中保持持续、足量的带液量，且能够保持涂布产品的均匀性，利于在大尺寸基板上进行低粘度溶液的涂覆。

技术领域

本发明特别涉及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，属于钙钛矿薄膜电池加工技术领域。

背景技术

钙钛矿太阳能电池作为一个新兴的第三代太阳能电池，自2009年开始，其效率逐年递增，有效面积0.09cm²的钙钛矿电池效率已经超过23％，其原料广泛，造价低廉，制备简单等特点，吸引了众多研究人员和投资人。但是若要实现大面积生产，仍有许多难题要克服。除去钙钛矿薄膜的制备质量外，其两侧的空穴传输层及电子传输层的制备，也是目前需要优化的课题。例如NiO、SnO、Cu₂O、ZnO、TiO、PCBM、C60、Spiro等材料。

目前，常用的手段包括热蒸镀、电子束蒸镀、溅射、ALD沉积、溶液法等。热蒸镀、电子束蒸镀、溅射等方法可以得到稳定优质的薄膜，但需要高真空工艺，且成本不低，不适合大面积生产。ALD沉积可以精确控制成膜厚度，但制备所需时间太长，也不适用连续性生产。且这些方法大多只适用于金属及半导体及有限的几种有机物，无法实现对于PCBM、Spiro等有机物的制备。

相对来说，溶液法适用性更广，对于大部分的半导体及有机物均能成功涂覆成液膜并后期干燥。而溶液法制备液膜时的关键就是成膜的厚度均匀可控，无气泡及孔洞。现有的溶液法涂覆方法有涂布法、提拉法、线棒刮涂法、卷对卷转印法等。涂布法需要专门的设备以控制其成膜精度，设备复杂，所需最少溶液较多，后期不宜回收，存在溶液的浪费，成本较高。提拉法适用范围较窄，不适用于部分溶剂及对干燥有特殊需求的材料。卷对卷转印所需设备较复杂，容易由于干燥出现孔洞导致拖痕，需要经常人工控制调整，且大部分时候是在柔性材料上应用的。

常规的线棒刮涂法，是在基板前部滴覆上相应溶液，而后利用线棒上的细纹吸附溶液，并带着部分溶液向前刮涂，使得液膜覆盖在基板表面。现有的刮涂设备在刮涂低粘度溶液时，随着刮涂距离的增加，后端厚度会逐渐比前端薄，导致刮涂距离有限，需要来回刮涂来调整均匀性；而单纯提高线棒线距来增加吸附溶液量，会导致湿膜上出现肉眼可见的条纹，这是受线棒上突出的钢线的影响，更宽的线距使得两侧溶液来不及向两侧自然的流平。现有的涂布设备的精度要求高、操作复杂、且具有应用的局限性。涂布法、提拉法、卷对卷转引法都需要专门定制的大型设备，对精度等要求较高，操作复杂，且都具有一定的局限性，不能适用于所有溶液；以及现有涂布设备成本较高、所需溶液较多，且较易造成溶液被污染，回收困难，造成浪费。例如图1中所述一种涂布设备，其作为一种柔性印刷设备，①②为模头，③为线棒，④为阻隔块，⑤为模头里的溶液。工作原理为：溶液⑤在模头①②内流动，并流经①②③④围起来的区域，即阻隔块④的上方，线棒③的下方。线棒③由电机带动旋转，利用线棒的特性吸附溶液，并将溶液转印到上方的基底上。其在工作过程中基材基底正面向下，由下向上涂布，附加其他设备组件进行溶液供给与回收；涂布方式为基材连续移动，线棒转动将溶液转印其上；其主要适用于液膜较薄，有一定粘度的溶液，不适合在玻璃等平面基底上涂布，不适合由上向下涂布。

发明内容

本发明的主要目的在于提供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钙钛矿电池空穴及电子层，进而克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：