鈣鈦礦薄膜太陽能電池組件的卷對卷生產設備和生產方法技術

鈣鈦礦薄膜太陽能電池組件的卷對卷生產設備和生產方法，涉及太陽能電池。生產設備設有第一輥和第二輥，在第一輥和第二輥之間設有第一模塊、第二模塊和第三模塊；第一輥為放卷輥，用于裝配沒有涂層的基材卷；第一模塊位于第一輥和第二模塊之間，用于透明導電電極的制備和結構化；第二模塊位于第一模塊和第三模塊之間，用于鈣鈦礦活性層的制備和結構化；第三模塊位于第二模塊和第二輥之間，用于對電極的制備和結構化；第二輥為收卷輥，用于卷起已制備成功的鈣鈦礦薄膜太陽能電池。生產方法：透明導電電極的制備和/或結構化；鈣鈦礦活性層的制備和/或結構化；對電極的制備和/或結構化。可提高鈣鈦礦薄膜太陽能電池的性能和生產效率，降低成本。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及太陽能電池，尤其是涉及一種鈣鈦礦薄膜太陽能電池組件的卷對卷生產設備和生產方法。
技術介紹
能源是社會和經濟發展的重要基礎條件，迄今為止，人類社會發展仍然主要依賴于化石能源(即煤、石油和天然氣)。但化石能源在地球上的分布極不均衡，并且終究會枯竭。另外，燃燒化石能源帶來的環境污染、霧霾氣候和溫室效應嚴重威脅人類社會的可持續發展。太陽電池能夠利用太陽能直接轉化為電能，可以為人類社會發展提供取之不盡用之不竭的清潔能源，是人類社會應對能源危機，解決環境問題，尋求可持續發展的重要對策。經過長期的研究與發展，目前晶硅太陽電池技術已經比較成熟，其占據了市場的主要份額。但晶硅太陽電池存在生產成本高、生產過程能量消耗大、環境污染嚴重、成本回收時間長等問題。因此，人們還在不斷地探索開發更廉價的高效太陽電池技術。經過多年的發展，基于CuInGaSe、CdTe、非晶硅等材料的薄膜太陽電池技術已經取得了長足的進步。但這些電池技術仍然存在這樣那樣的不足，例如CuInGaSe薄膜電池需要使用地殼中非常匱乏的元素In和Ga，不利于這種電池的大規模持續應用，而CdTe中含有重金屬元素Cd，會造成環境污染問題。為此，探索高效、廉價、環保的新型太陽電池技術的努力仍在繼續，新興的太陽電池技術不斷涌現，包括染料敏化太陽電池、有機太陽電池和量子點太陽電池等。2009年，日本Miyasaka等人在研究敏化太陽電池的過程中，首次使用具有鈣鈦礦結構的有機金屬鹵化物CH3NH3PbBr3和CH3NH3PbI3作為敏化劑，拉開了鈣鈦礦薄膜太陽能電池研究的序幕(Kojima,A.；Teshima,K.；Shirai,Y.；Miyasaka,T.Organometal?Halide?Perovskites?as?Visible-Light?Sensitizers?for?Photovoltaic?Cells.J.Am.Chem.Soc.2009,131,6050-6051.)。在隨后短短的幾年時間內，鈣鈦礦薄膜太陽電池技術取得了突飛猛進的進展，能量轉換效率已經超過了染料敏化太陽電池、有機太陽電池和量子點太陽電池。2014年8月，美國加州大學洛杉磯分校的Yang?yang團隊在鈣鈦礦薄膜太陽能電池光電轉換效率方面取得突破性進展，使效率達到19.3％，為該領域之最(Huanping?Zhou,Qi?Chen,Gang?Li,Song?Luo,Tze-bing?Song,Hsin-Sheng?Duan,Ziruo?Hong,Jingbi?You,Yongsheng?Liu,Yang?Yang,Interface?engineering?of?highly?efficent?perovskite?solar?cells,Science,2014,345,542-546)。鈣鈦礦薄膜太陽能電池不僅具有較高的能量轉換效率，而且其核心光電轉換材料具有廉價、可溶液制備的特點，便于采用不需要真空條件的技術制備，這為鈣鈦礦薄膜太陽能電池的大規模、低成本制造提供可能。不僅如此，鈣鈦礦薄膜太陽能電池還可以制備在柔性襯底上，便于應用在各種柔性電子產品中，例如可穿戴的電子設備、折疊式軍用帳篷等。與染料敏化太陽電池相比，鈣鈦礦薄膜太陽能電池不需要液體電解質，不用擔心太陽電池的漏液問題。與有機光伏器件相比，鈣鈦礦薄膜太陽能電池的核心光電轉換材料是有機-無機雜化材料，材料的耐候性可能會優于有機光伏器件中使用的有機半導體材料。這些優點可能會使鈣鈦礦薄膜太陽能電池在實際使用中具有比染料敏化太陽電池和有機光伏器件更好的性能穩定性和更長的使用壽命。鈣鈦礦薄膜太陽能電池由于出現時間較晚，大部分國家和地區還處在實驗室研究階段，所知道的鈣鈦礦薄膜太陽能電池的制備方法是采用真空鍍膜、旋涂或者印刷等一個個單獨分開的工藝逐層制備涂層，并采用激光蝕刻或濕法蝕刻的方法進行結構化。由于每一個工藝步驟是獨立分開的，因此制備得到的涂層很容易在搬運過程中被破壞，而且這種生產方法不適合大規模工業化生產。薄膜電子器件的傳統連接方式是Z軸串聯，即一個薄膜電子器件的頂電極與下一個薄膜電子器件的底電極連接。目前，還沒有適合于大規模連續化生產Z軸串聯鈣鈦礦薄膜太陽能電池組件的方法的相差報道。
技術實現思路
本專利技術的目的在于針對以上不足，提供一種適合于連續大規模生產的鈣鈦礦薄膜太陽能電池組件的卷對卷生產設備和生產方法。本專利技術所述鈣鈦礦薄膜太陽能電池組件的卷對卷生產設備設有第一輥和第二輥，在第一輥和第二輥之間設有第一模塊、第二模塊和第三模塊；所述第一輥為放卷輥，用于裝配沒有涂層的基材卷；所述第一模塊位于第一輥和第二模塊之間，用于透明導電電極的制備和結構化；所述第二模塊位于第一模塊和第三模塊之間，用于鈣鈦礦活性層的制備和結構化；所述第三模塊位于第二模塊和第二輥之間，用于對電極的制備和結構化；所述第二輥為收卷輥，用于卷起已制備成功的鈣鈦礦薄膜太陽能電池。本專利技術所述鈣鈦礦薄膜太陽能電池組件的卷對卷生產方法，包括以下步驟:1)透明導電電極的制備和/或結構化步驟；2)鈣鈦礦活性層的制備和/或結構化步驟；3)對電極的制備和/或結構化步驟。在步驟1)中，所述透明導電電極的制備和/或結構化步驟可通過以下至少一種方法實現：11)透過掩模板進行真空沉積；12)真空沉積后，進行激光蝕刻或濕法蝕刻；13)印刷或噴墨打印導電電極材料；14)涂布導電電極材料后，進行激光蝕刻或濕法蝕刻；15)在真空沉積前，先印刷一層輔助層，該層在濺射完成后，可以保留或者除去。在步驟2)中，所述鈣鈦礦活性層的制備和/或結構化步驟可通過以下至少一種方法實現：21)鈣鈦礦活性材料的直接結構化方法，例如印刷、噴墨打印、條紋涂布等；22)先印刷一層犧牲層(如油或聚合物等)，進行半導體材料的大面積涂布后，除去犧牲層，印刷有犧牲層處的半導體材料隨犧牲層的除去而剝落；23)大面積涂布半導體材料后進行結構化，如激光蝕刻。在步驟3)中，所述對電極的制備和/或結構化步驟可通過以下至少一種方法實現：31)印刷或噴墨打印對電極材料；32)通過印刷或濕法蝕刻制備結構化的犧牲層(可以發生在光活性層的涂布之前)，然后進行金屬或其它導電材料的大面積真空沉積，最后通過紫外光、加熱或溶劑清洗除去犧牲層；33)通過印刷或濕法蝕刻制備結構化的絕緣層(可以發生在光活性層的涂布之前)，然后進行金屬或其它導電材料的大面積真空沉積；34)通過掩模板進行金屬或其它導電材料的真空沉積；本文檔來自技高網...

【技術保護點】
鈣鈦礦薄膜太陽能電池組件的卷對卷生產設備，其特征在于設有第一輥和第二輥，在第一輥和第二輥之間設有第一模塊、第二模塊和第三模塊；所述第一輥為放卷輥，用于裝配沒有涂層的基材卷；所述第一模塊位于第一輥和第二模塊之間，用于透明導電電極的制備和結構化；所述第二模塊位于第一模塊和第三模塊之間，用于鈣鈦礦活性層的制備和結構化；所述第三模塊位于第二模塊和第二輥之間，用于對電極的制備和結構化；所述第二輥為收卷輥，用于卷起已制備成功的鈣鈦礦薄膜太陽能電池。

【技術特征摘要】
1.鈣鈦礦薄膜太陽能電池組件的卷對卷生產設備，其特征在于設有第一輥和第二輥，在
第一輥和第二輥之間設有第一模塊、第二模塊和第三模塊；
所述第一輥為放卷輥，用于裝配沒有涂層的基材卷；
所述第一模塊位于第一輥和第二模塊之間，用于透明導電電極的制備和結構化；
所述第二模塊位于第一模塊和第三模塊之間，用于鈣鈦礦活性層的制備和結構化；
所述第三模塊位于第二模塊和第二輥之間，用于對電極的制備和結構化；
所述第二輥為收卷輥，用于卷起已制備成功的鈣鈦礦薄膜太陽能電池。
2.鈣鈦礦薄膜太陽能電池組件的卷對卷生產方法，其特征在于包括以下步驟：
1)透明導電電極的制備和/或結構化步驟；
2)鈣鈦礦活性層的制備和/或結構化步驟；
3)對電極的制備和/或結構化步驟。
3.如權利要求2所述鈣鈦礦薄膜太陽能電池組件的卷對卷生產方法，其特征在于在步驟
1)中，所述透明導電電極的制備和/或結構化步驟通過以下至少一種方法實現：
11)透過掩模板進行真空沉積；
12)真空沉積后，進行激光蝕刻或濕法蝕刻；
13)印刷或噴墨打印導電電極材料；
14)涂布導電電極材料后，進行激光蝕刻或濕法蝕刻；
15)在真空沉積前...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳凱武，寇旭，陳偉中，蔡龍華，梁祿生，王保增，范斌，
申請(專利權)人：廈門惟華光能有限公司，
類型：發明
國別省市：福建;35