CN108598270A - 以led为光源的钙钛矿太阳能电池的快速制备装置 - Google Patents
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Abstract
本发明一种以LED为光源的钙钛矿电池的能级匹配性调整的处理装置，包括机箱壳体、LED光源机构、光学汇聚机构、边缘光反射机构、光强检测机构、驱动装置机构、载物平台、LED灯阵风冷装置以及LED基板冷却水通道；利用大功率LED作为光源的装置，用于对钙钛矿电池进行能级匹配性调整的处理装置。本发明运动大功率LED为光源，经过适当的LED阵列的光学***、LED光源驱动等的设计，实现在辐照面上产生均匀的臭氧气体分布，使钙钛矿电池的膜层能够快速氧化，提高工作效率并节约制备成本。
Description
技术领域
本发明涉及钙钛矿电池和组件的制备技术，具体地说是一种可以在某个波段，或者全日光光谱波段产生若干个太阳辐照强度的，可以用来对钙钛矿电池及其组件进行快速的臭氧处理，以达到简化制备钙钛矿电池的工序，减少制备的时间的能级匹配性调整的处理装置。
背景技术
由于钙钛矿电池的效率不断刷新，钙钛矿电池的产业化进程逐渐被提上日程。目前已有小规模的钙钛矿电池进行了产业化实验，然而其制造工序依旧较为繁琐，消耗的时间成本较长。
由于钙钛矿电池的制造工艺基于旋涂法或刮刀法，因此其膜层质量难以与真空沉积成膜的方法相比。通常，钙钛矿电池的空穴传输层在旋涂或刮刀成膜后仍需超过24小时的纯氧氧化过程。这一过程通常是将钙钛矿器件放入密封的腔室内进行的。
这一过程有许多缺点1.纯氧的密封腔室密闭性要求很高，设备制造成本很高；2.是每次操作过程及其繁琐，不仅需要将样品送入舱室内，而且氧气也需要多次抽放才能排除开舱带入的空气，制备耗时；3.制备过程中样品需至少在密封舱内氧化24小时，显然密封舱要独立于流水线之外，打乱制造的工艺进程；4.密封过程尚无统一的标准，而长时间氧化处理势必会对钙钛矿膜层产生影响，因此氧化过程应避免损坏钙钛矿本征层的性能。
快速氧化的过程目前通常使用强氧化剂处理，化学方法用量难以控制用量，且强氧化剂容易对环境产生污染，不利于大规模应用。要能级匹配性调整的处理装置钙钛矿电池就必须采用新的设备与方法。
发明内容
本发明针对本领域存在的不足之处，提供一种以LED为光源的钙钛矿电池能级匹配性调整的处理装置，将改变现有的生产方案，以稳定的、廉价的、高光强的、长寿命的固态发光器件LED作为激励光源，使制造过程中的时间成本与人工成本大大降低，便于流水线制备且维护成本极低。
按照本发明的技术方案：
以LED为光源的钙钛矿太阳能电池的快速制备装置，其特征在于，
包括机箱壳体，包括机箱壳体、LED光源机构、光学汇聚机构、边缘光学反射机构、光强检测机构、驱动控制装置、载物平台、LED灯阵风冷装置、以及LED基板冷却水通道；
所述LED光源机构由多个LED灯珠按照光学设计矩阵式排列；
所述机箱壳体呈长方形框体结构，所述机箱壳体内部中央位置设置有LED光源机构；在所述光源机构的左右两端各设置一个LED灯阵风冷装置；在所述LED光源机构的下方设置光学汇聚机构；同时在光学汇聚机构下方，沿光学汇聚机构的边缘，设置一圈光学反射机构，以进一步防止光线外射；
在紧靠边缘光学反射机构的下方，设置有载物平台；
在所述载物平台上置有光强检测机构；
在整个LED光源机构的上方，设置有驱动控制装置，所述驱动控制装置固定在机箱壳体内部的顶端；
LED光源机构采用水冷和风冷双重冷却的方式。
对上述方案的进一步改进，LED光源机构包括光源基板，所述光源基板上并排间隔设置有多个散热片，所述LED基板冷却水通道正对于光源基板上方，LED基板上设置冷却水通道位于LED灯一端，并与外部冷却水循环机通过一端与冷却水进水口连接，另一端与冷却水吹水口的方式连通，实现水冷的冷却方式。
对上述方案的进一步改进，灯阵风冷装置包括风冷通道，LED灯珠位于风冷通道顶部，所述风冷通道一端开设有进风口，另一端开设出风口，所述进风口与风冷设备的出气管连通，实现风冷的冷却方式。
对上述方案的进一步改进，驱动控制装置包括一个驱动控制器和一个参数显示器，利用驱动装置来改变LED灯阵的光强，同时利用平台的光强传感器实时对控制器进行调整，控制器的状态参数由显示器显示。
对上述方案的进一步改进，光学汇聚机构包括多组透镜。
对上述方案的进一步改进，边缘光学反射机构包括多组反射镜。
对上述方案的进一步改进，灯阵风冷设备为冷却风扇或冷风机。
对上述方案的进一步改进，载物平台采用抽拉式或履带传送结构。
本发明的有益效果在于：
本发明的有益效果在于：传统的钙钛矿制备方法不仅需要增加额外的密封腔室，时间成本高、操作复杂、设备制造与维护成本高，制造钙钛矿电池的周期长。如果使用强氧化剂掺杂的化学方法，则剂量不易控制且对环境产生较大损害，这些方法都不利于钙钛矿电池的大规模生产。本发明以LED为光源，即可以作为钙钛矿电池的退火设备，也是器件氧化老化的执行位置，集成度高，可在流水线上使用，有效克服上述缺点。本发明需要特别处理的问题是，LED发热的处理，如果处理不当将严重影响发光效率和寿命；以及在高光强辐照下电池的温控问题。在本设计中，采用高效率且低成本的水冷/风冷集成散热方式，使产生的热量能在短时间内迅速流失，以保证整个装置的可靠运行；同时使半导体温控平台来有效控制载物平台表面的温度。
附图说明
图1为本发明以LED为光源的钙钛矿电池能级匹配性调整的处理装置的结构示意图。
图2为本发明中的光学汇聚机构的示意图。
图3为本发明中的边缘光学反射机构的示意图。
图4为本发明中的LED基板冷却水进水通道与外部链接示意图。
图5为本发明中的LED灯珠阵列风冷装置示意图。
图6为本发明中的驱动控制装置的示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1-6所示：以LED为光源的钙钛矿太阳能电池的快速制备装置，其特征在于，
包括机箱壳体10，包括机箱壳体10、LED光源机构1、光学汇聚机构4、边缘光学反射机构5、光强检测机构3、驱动控制装置6、载物平台2、LED灯阵风冷装置9、以及LED基板冷却水通道14；
所述LED光源机构1由多个LED灯珠15按照一定的光学设计矩阵式排列；本发明按照镜像对称的顺序排列LED灯阵，以保证均匀性。
所述机箱壳体10呈长方形框体结构，所述机箱壳体10内部中央位置设置有LED光源机构1；在所述光源机构1的左右两端各设置一个LED灯阵风冷装置9；在所述LED光源机构1的下方设置光学汇聚机构4；同时在光学汇聚机构4下方，沿光学汇聚机构4的边缘，设置一圈光学反射机构5，以进一步防止光线外射；
在紧靠边缘光学反射机构5的下方，设置有载物平台2；
在所述载物平台2上置有光强检测机构3；
在整个LED光源机构1的上方，设置有驱动控制装置6，所述驱动控制装置6固定在机箱壳体10内部的顶端；
LED光源机构1采用水冷和风冷双重冷却的方式。
对上述方案的进一步改进，LED光源机构1包括光源基板19，所述光源基板19上并排间隔设置有多个散热片16，所述LED基板冷却水通道14正对于光源基板上方，LED基板上设置冷却水通道14位于LED灯一端，并与外部冷却水循环机通过一端与冷却水进水口7连接，另一端与冷却水吹水口8的方式连通，实现水冷的冷却方式。
水冷方式是通过冷却水的循环对光源进行冷却。本发明中通过设置LED基板冷却水通道实现水冷，如图4所示，冷却水进水口7与外部冷却水循环机17的出水孔连接；冷却水出水口8与外部冷却水循环机的进水孔连接而实现循环水冷降温，途中箭头为水流方向，LED光源基板19上并排间隔设置有多个散热片16，用于增大基板与冷却水的接触面积，已达到更快速的散热效果，从而更有效地实现循环水冷。
对上述方案的进一步改进，灯阵风冷装置9包括风冷通道22，LED灯珠15位于风冷通道顶部，所述风冷通道一端开设有进风口20，另一端开设出风口21，所述进风口与风冷设备的出气管连通，实现风冷的冷却方式。
风冷***，是指通过风冷机构，将冷风导送至LED灯珠阵列的表面，利用冷风带走灯珠阵列表面的热量。如图5所示，LED光源机构1通过在两侧设置的灯阵风冷装置9实现风冷；风冷设备为冷却风扇或冷风机，此处采用冷却风扇18结构，冷风从冷却风扇18发出，通过进风口20，将冷风导至LED灯珠15阵列表面，从而带走LED灯珠15阵列表面的热量，然后冷风携带LED灯珠15阵列的热量经过风冷通道22从出风口21溢出。
对上述方案的进一步改进，驱动控制装置6包括可与电脑通信的驱动模块24、灯阵电源模块25和一个参数显示器23，驱动控制装置6由稳压电源26控制。
对上述方案的进一步改进，光学汇聚机构4包括多组透镜11。如图2所示，由于LED发出的光线具有一定的发散角，在LED光源机构1下方设置有光学汇聚机构4，光学汇聚机构包括多组透镜11，通过透镜11的作用，将光线进行汇聚，减少发散，使光均匀地集中在载物平台2上的一个设定区域内，图中箭头为光线发出的路径。
对上述方案的进一步改进，边缘光学反射机构5包括多组反射镜12。如图3所示，由于经过汇聚的光线可能还存在少量的外射光线，因此在光学汇聚机构4下方设置一定高度的边缘光学反射机构5，此边缘光学反射机构5包括多组反射镜12，通过反射镜12，将外射光反射回载物平台2的特定区域，图中箭头所示为光线的发出路径。
对上述方案的进一步改进，灯阵风冷设备为冷却风扇18或冷风机。
对上述方案的进一步改进，载物平台2采用抽拉式或履带传送结构。
由于设备在流水线上实施，因此LED在长时间工作后会产生大量的热量，如果这些热量不及时排出会极大地影响LED的发光效率与光源寿命；本发明中LED光源机构1采用水冷和风冷双重冷却的方式，以保证装置正常可靠地工作。
具体实施过程：LED光源机构1是该装置的核心部分，其发出的光强可以调节并能达到所需的辐照强度，有LED作为光源提供初始光，然后经过光学汇聚机构4、边缘光学反射机构5将光均匀辐照到一个设定的区域。
具体的调节方式通过驱动控制装置完成，通过控制器可以完成对LED输出光强的调整和对载物平台2温度与光强的调节；利用调整LED的驱动电流和电压来调整到达载物平台2的光的辐照强度，通过调节辐照强度来改变平台空间内的臭氧浓度；利用半导体温控器对载物平台2的温度进行调整。在控制器的输入端连接操作键盘，通过改变LED的驱动电流来改变光强；通过键盘操作，以控制仪器的工作状态，实现装置的开关或检测/结果输出的控制；通过操作键盘，实现对再无平台2的温度设定。在控制器的一个输出端连接参数显示器，直接输出显示光强、电流、电压、时间、温度等各个必要参数。控制器中的智能管理芯片采用单片机作为中控管理芯片，实现对环境温度的采集，温度控制，温度补偿，数据处理，显示输出等重要功能。
在具体的应用过程中，制备的钙钛矿太阳电池直接放在载物平台2上，由抽拉或履带的方式送入灯阵下方，灯阵在光强检测装置3的反馈调节下开始工作，产生的臭氧由于边缘反射机构5的阻挡作用会均匀分布在装置内部，电池会在臭氧气体的作用下产生能带弯曲，经过适当的时间完成能级匹配的过程，随后载物平台2经过抽拉或履带的方式将电池送出，完成钙钛矿太阳电池快速制备的过程。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.以LED为光源的钙钛矿太阳能电池的快速制备装置，其特征在于，
包括机箱壳体（10），包括机箱壳体（10）、LED光源机构（1）、光学汇聚机构（4）、边缘光学反射机构（5）、光强检测机构（3）、驱动控制装置（6）、载物平台（2）、LED灯阵风冷装置（9）、以及LED基板冷却水通道（14）；
所述LED光源机构（1）由多个LED灯珠（15）按照光学设计矩阵式排列；
所述机箱壳体（10）呈长方形框体结构，所述机箱壳体（10）内部中央位置设置有LED光源机构（1）；在所述光源机构（1）的左右两端各设置一个LED灯阵风冷装置（9）；在所述LED光源机构（1）的下方设置光学汇聚机构（4）；同时在光学汇聚机构（4）下方，沿光学汇聚机构（4）的边缘，设置一圈光学反射机构（5），以进一步防止光线外射；
在紧靠边缘光学反射机构（5）的下方，设置有载物平台（2）；
在所述载物平台（2）上置有光强检测机构（3）；
在整个LED光源机构（1）的上方，设置有驱动控制装置（6），所述驱动控制装置（6）固定在机箱壳体（10）内部的顶端；
LED光源机构（1）采用水冷和风冷双重冷却的方式。
2.根据权利要求 1 所述的以LED为光源的钙钛矿太阳能电池的快速制备装置，其特征在于，LED光源机构（1）包括光源基板（19），所述光源基板（19）上并排间隔设置有多个散热片（16），所述LED基板冷却水通道（14）正对于光源基板上方，LED基板上设置冷却水通道（14）位于LED灯一端，并与外部冷却水循环机通过一端与冷却水进水口（7）连接，另一端与冷却水出水口（8）的方式连通，实现水冷的冷却方式。
3.根据权利要求 1 所述的以LED为光源的钙钛矿太阳能电池的快速制备装置，其特征在于，灯阵风冷装置（9）包括风冷通道（22），LED灯珠（15）位于风冷通道顶部，所述风冷通道一端开设有进风口（20），另一端开设出风口（21），所述进风口与风冷设备的出气管连通，实现风冷的冷却方式。
4.根据权利要求 1 所述的以LED为光源的钙钛矿太阳能电池的快速制备装置，其特征在于，所述驱动控制装置（6）包括可与电脑通信的驱动模块（24）、灯阵电源模块（25）和一个参数显示器（23）。
5.根据权利要求 1 所述的以LED为光源的钙钛矿太阳能电池的快速制备装置，其特征在于，所述光学汇聚机构（4）包括多组透镜（11）。
6.根据权利要求 1 所述的以LED为光源的钙钛矿太阳能电池的快速制备装置，其特征在于，所述边缘光学反射机构（5）包括多组反射镜（12）。
7.根据权利要求 1 所述的以LED为光源的钙钛矿太阳能电池的快速制备装置，所述灯阵风冷设备为冷却风扇（18）或冷风机。
8.根据权利要求 1 所述的以LED为光源的钙钛矿太阳能电池的快速制备装置，其特征在于，所述载物平台（2）采用抽拉式或履带传送结构。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180928 |
|
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