(10)申请公布号
(43)申请公布日 (21)申请号 201410652584.0
(22)申请日 2014.11.14
H01L 31/18(2006.01)
(71)申请人厦门惟华光能有限公司
地址361102 福建省厦门市翔安区火炬高新
区台湾科技企业育成中心W403
(72)发明人陈凯武 寇旭 陈伟中 蔡龙华
梁禄生 王保增 范斌
(74)专利代理机构厦门南强之路专利事务所
(普通合伙) 35200
代理人
马应森
(54)发明名称
si69
备和生产方法
(57)摘要
钙钛矿薄膜太阳能电池组件的卷对卷生产设
备和生产方法，涉及太阳能电池。生产设备设有第
一辊和第二辊，在第一辊和第二辊之间设有第一
模块、第二模块和第三模块；第一辊为放卷辊，用
于装配没有涂层的基材卷；第一模块位于第一辊
和第二模块之间，用于透明导电电极的制备和结
构化；第二模块位于第一模块和第三模块之间，
用于钙钛矿活性层的制备和结构化；第三模块位
于第二模块和第二辊之间，用于对电极的制备和
结构化；第二辊为收卷辊，用于卷起已制备成功
的钙钛矿薄膜太阳能电池。生产方法：透明导电
电极的制备和/或结构化；钙钛矿活性层的制备
和/或结构化；对电极的制备和/或结构化。可提
高钙钛矿薄膜太阳能电池的性能和生产效率，降
低成本。(51)Int.Cl.
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书5页 附图8页
(10)申请公布号CN 104377273 A (43)申请公布日2015.02.25
C N 104377273
A
奖章制作1.钙钛矿薄膜太阳能电池组件的卷对卷生产设备，其特征在于设有第一辊和第二辊，在第一辊和第二辊之间设有第一模块、第二模块和第三模块；
所述第一辊为放卷辊，用于装配没有涂层的基材卷；
所述第一模块位于第一辊和第二模块之间，用于透明导电电极的制备和结构化；
所述第二模块位于第一模块和第三模块之间，用于钙钛矿活性层的制备和结构化；
所述第三模块位于第二模块和第二辊之间，用于对电极的制备和结构化；
擦拭棒
所述第二辊为收卷辊，用于卷起已制备成功的钙钛矿薄膜太阳能电池。
2.钙钛矿薄膜太阳能电池组件的卷对卷生产方法，其特征在于包括以下步骤：
1)透明导电电极的制备和/或结构化步骤；
2)钙钛矿活性层的制备和/或结构化步骤；
3)对电极的制备和/或结构化步骤。
3.如权利要求2所述钙钛矿薄膜太阳能电池组件的卷对卷生产方法，其特征在于在步骤1)中，所述透明导电电极的制备和/或结构化步骤通过以下至少一种方法实现：
11)透过掩模板进行真空沉积；
12)真空沉积后，进行激光蚀刻或湿法蚀刻；
13)印刷或喷墨打印导电电极材料；
14)涂布导电电极材料后，进行激光蚀刻或湿法蚀刻；
15)在真空沉积前，先印刷一层辅助层，该层在溅射完成后，保留或者除去。
4.如权利要求2所述钙钛矿薄膜太阳能电池组件的卷对卷生产方法，其特征在于在步骤2)中，所述钙钛矿活性层的制备和/或结构化步骤通过以下至少一种方法实现：
21)钙钛矿活性材料的直接结构化方法，例如印刷、喷墨打印、条纹涂布；
22)先印刷一层牺牲层，进行半导体材料的大面积涂布后，除去牺牲层，印刷有牺牲层处的半导体材料随牺牲层的除去而剥落；
23)大面积涂布半导体材料后进行结构化，如激光蚀刻。
5.如权利要求2所述钙钛矿薄膜太阳能电池组件的卷对卷生产方法，其特征在于在步骤3)中，所述对电极的制备和/或结构化步骤通过以下至少一种方法实现：
31)印刷或喷墨打印对电极材料；
32)通过印刷或湿法蚀刻制备结构化的牺牲层，然后进行金属或其它导电材料的大面积真空沉积，最后通过紫外光、加热或溶剂清洗除去牺牲层；电线杆广告
33)通过印刷或湿法蚀刻制备结构化的绝缘层，然后进行金属或其它导电材料的大面积真空沉积；
34)通过掩模板进行金属或其它导电材料的真空沉积；
35)进行大面积金属或其它导电材料的真空沉积后，通过激光蚀刻实现结构化。
钙钛矿薄膜太阳能电池组件的卷对卷生产设备和生产方法
技术领域
[0001] 本发明涉及太阳能电池，尤其是涉及一种钙钛矿薄膜太阳能电池组件的卷对卷生产设备和生产方法。
背景技术
[0002] 能源是社会和经济发展的重要基础条件，迄今为止，人类社会发展仍然主要依赖于化石能源(即煤、石油和天然气)。但化石能源在地球上的分布极不均衡，并且终究会枯竭。另外，燃烧化石能源带来的环境污染、雾霾气候和温室效应严重威胁人类社会的可持续发展。太阳电池能够利用太阳能直接转化为电能，可以为人类社会发展提供取之不尽用之不竭的清洁能源，是人类社会应对能源危机，解决环境问题，寻求可持续发展的重要对策。[0003] 经过长期的研究与发展，目前晶硅太阳电池技术已经比较成熟，其占据了市场的主要份额。但晶硅太阳电池存在生产成本高、生产过程能量消耗大、环境污染严重、成本回收时间长等问题。因此，人们还在不断地探索开发更廉价的高效太阳电池技术。经过多年的发展，基于CuInGaSe、CdTe、非晶硅等材料的薄膜太阳电池技术已经取得了长足的进步。但这些电池技术仍然存在这样那样的不足，例如CuInGaSe薄膜电池需要使用地壳中非常匮乏的元素In和Ga，不利于这种电池的大规模持续应用，而CdTe中含有重金属元素Cd，会造成环境污染问题。为此，探索高效、廉价、环保的新型太阳电池技术的努力仍在继续，新兴的太阳电池技术不断涌
现，包括染料敏化太阳电池、有机太阳电池和量子点太阳电池等。[0004] 2009年，日本Miyasaka等人在研究敏化太阳电池的过程中，首次使用具有钙钛
矿结构的有机金属卤化物CH
3NH
3
眼部凝露
PbBr
3
和CH
3
NH
3
PbI
3
作为敏化剂，拉开了钙钛矿薄膜太阳能
电池研究的序幕(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.)。在随后短短的几年时间内，钙钛矿薄膜太阳电池技术取得了突飞猛进的进展，能量转换效率已经超过了染料敏化太阳电池、有机太阳电池和量子点太阳电池。2014年8月，美国加州大学洛杉矶分校的Yang yang团队在钙钛矿薄膜太阳能电池光电转换效率方面取得突破性进展，使效率达到19.3％，为该领域之最(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)。
[0005] 钙钛矿薄膜太阳能电池不仅具有较高的能量转换效率，而且其核心光电转换材料具有廉价、可溶液制备的特点，便于采用不需要真空条件的技术制备，这为钙钛矿薄膜太阳能电池的大规模、低成本制造提供可能。不仅如此，钙钛矿薄膜太阳能电池还可以制备在柔性衬底上，便于应用在各种柔性电子产品中，例如可穿戴的电子设备、折叠式军用帐篷等。与染料敏化太阳电池相比，钙钛矿薄膜太阳能电池不需要液体电解质，不用担心太阳电池的漏液问题。与有机光伏器件相比，钙钛矿薄膜太阳
能电池的核心光电转换材料是有机-无机杂化材料，材料的耐候性可能会优于有机光伏器件中使用的有机半导体材料。这
些优点可能会使钙钛矿薄膜太阳能电池在实际使用中具有比染料敏化太阳电池和有机光伏器件更好的性能稳定性和更长的使用寿命。
[0006] 钙钛矿薄膜太阳能电池由于出现时间较晚，大部分国家和地区还处在实验室研究阶段，所知道的钙钛矿薄膜太阳能电池的制备方法是采用真空镀膜、旋涂或者印刷等一个个单独分开的工艺逐层制备涂层，并采用激光蚀刻或湿法蚀刻的方法进行结构化。由于每一个工艺步骤是独立分开的，因此制备得到的涂层很容易在搬运过程中被破坏，而且这种生产方法不适合大规模工业化生产。
[0007] 薄膜电子器件的传统连接方式是Z轴串联，即一个薄膜电子器件的顶电极与下一个薄膜电子器件的底电极连接。
[0008] 目前，还没有适合于大规模连续化生产Z轴串联钙钛矿薄膜太阳能电池组件的方法的相差报道。
发明内容
[0009] 本发明的目的在于针对以上不足，提供一种适合于连续大规模生产的钙钛矿薄膜太阳能电池组
件的卷对卷生产设备和生产方法。
[0010] 本发明所述钙钛矿薄膜太阳能电池组件的卷对卷生产设备设有第一辊和第二辊，在第一辊和第二辊之间设有第一模块、第二模块和第三模块；
[0011] 所述第一辊为放卷辊，用于装配没有涂层的基材卷；
[0012] 所述第一模块位于第一辊和第二模块之间，用于透明导电电极的制备和结构化；[0013] 所述第二模块位于第一模块和第三模块之间，用于钙钛矿活性层的制备和结构化；
[0014] 所述第三模块位于第二模块和第二辊之间，用于对电极的制备和结构化；[0015] 所述第二辊为收卷辊，用于卷起已制备成功的钙钛矿薄膜太阳能电池。
[0016] 本发明所述钙钛矿薄膜太阳能电池组件的卷对卷生产方法，包括以下步骤: [0017] 1)透明导电电极的制备和/或结构化步骤；
[0018] 2)钙钛矿活性层的制备和/或结构化步骤；
[0019] 3)对电极的制备和/或结构化步骤。
[0020] 在步骤1)中，所述透明导电电极的制备和/或结构化步骤可通过以下至少一种方法实现：
[0021] 11)透过掩模板进行真空沉积；
[0022] 12)真空沉积后，进行激光蚀刻或湿法蚀刻；
[0023] 13)印刷或喷墨打印导电电极材料；
[0024] 14)涂布导电电极材料后，进行激光蚀刻或湿法蚀刻；
[0025] 15)在真空沉积前，先印刷一层辅助层，该层在溅射完成后，可以保留或者除去。[0026] 在步骤2)中，所述钙钛矿活性层的制备和/或结构化步骤可通过以下至少一种方法实现：
[0027] 21)钙钛矿活性材料的直接结构化方法，例如印刷、喷墨打印、条纹涂布等；[0028] 22)先印刷一层牺牲层(如油或聚合物等)，进行半导体材料的大面积涂布后，除去牺牲层，印刷有牺牲层处的半导体材料随牺牲层的除去而剥落；
[0029] 23)大面积涂布半导体材料后进行结构化，如激光蚀刻。
[0030] 在步骤3)中，所述对电极的制备和/或结构化步骤可通过以下至少一种方法实现：
[0031] 31)印刷或喷墨打印对电极材料；
[0032] 32)通过印刷或湿法蚀刻制备结构化的牺牲层(可以发生在光活性层的涂布之前)，然后进行金属或其它导电材料的大面积真空沉积，最后通过紫外光、加热或溶剂清洗除去牺牲层；
[0033] 33)通过印刷或湿法蚀刻制备结构化的绝缘层(可以发生在光活性层的涂布之前)，然后进行金属或其它导电材料的大面积真空沉积；
[0034] 34)通过掩模板进行金属或其它导电材料的真空沉积；
[0035] 35)进行大面积金属或其它导电材料的真空沉积后，通过激光蚀刻实现结构化。[0036] 本发明的有益效果是：可以大幅提高钙钛矿薄膜太阳能电池的性能和生产效率，同时降低生产成本。
附图说明
[0037] 图1为典型的Z轴串联钙钛矿薄膜太阳能电池组件的截面图。
[0038] 图2为钙钛矿薄膜太阳能电池的卷对卷生产设备的示意图。
[0039] 图3是没有涂层的基材11经加工步骤2.1后，器件的平面图和截面图。[0040] 图4是经加工步骤2.2后，器件的平面图和截面图。
[0041] 图5是经加工步骤2.3后，器件的平面图和截面图。
[0042] 图6是经加工步骤2.4后，器件的平面图和截面图。
[0043] 图7是经加工步骤2.5后，器件的平面图和截面图。
[0044] 图8是经加工步骤2.6后，器件的平面图和截面图。
[0045] 图9是经加工步骤2.7后，器件的平面图和截面图。
[0046] 图10为钙钛矿薄膜太阳能电池的卷对卷生产设备的示意图。
[0047] 图11是经加工步骤3.1后，器件的平面图和截面图。
[0048] 图12是经加工步骤3.2后，器件的平面图和截面图。
[0049] 图13是经加工步骤3.3后，器件的平面图和截面图。
[0050] 图14是经加工步骤3.4后，器件的平面图和截面图。
[0051] 图15是经加工步骤3.5后，器件的平面图和截面图。
[0052] 图16是经加工步骤3.6后，器件的平面图和截面图。
具体实施方式
关闭起重装置
[0053] 下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0054] 图1为典型的以11为基材的Z轴连接钙钛矿薄膜太阳能电池组件的截面图，可以看到电流1的路径如虚线所示。电流1依次穿过电池10.1的底部透明导电电极12、钙钛矿活性层13、顶电极14到达下电池10.2的底电极12、钙钛矿活性层13、顶电极14，再到达下一个电池10.3的底电极，如此循环下去。从图1可以看出，Z轴串联钙钛矿薄膜太阳能电池组件的结构。
