CN114192342B - 一种用于狭缝涂布设备的高均匀性涂头装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于狭缝涂布设备的高均匀性涂头装置及其使用方法，装置为免打料泵***的第一涂头装置或带有打料泵***的第二涂头装置，该涂头装置既可用于免打料泵***的狭缝涂布设备，也可用于常规的带有打料泵***的狭缝涂布设备。第一涂头装置主要包括耐腐蚀的不变形材质的半片涂头、光滑耐腐蚀的不变形材质的圆柱型滚轮、耐腐蚀的不变形材质的弹簧管以及可精密调节的压力计。工作过程中，通过支架实现涂头装置的升降，使滚轮底部外表面与衬底表面充分接触，运行平台带着衬底水平移动，目标溶液经容纳腔室流至滚轮外表面，利用滚轮的滚动将目标溶液连续均匀涂敷在衬底表面形成薄膜。本发明可大面积、连续性，高均匀性的涂敷溶液，有更低成本。

Description

一种用于狭缝涂布设备的高均匀性涂头装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及狭缝涂布设备、薄膜沉积制备、以及太阳能电池制备技术领域，具体而言，尤其涉及一种用于狭缝涂布设备的高均匀性涂头装置及其使用方法。

背景技术

钙钛矿太阳能电池(Perovskite solar cells)的认证效率已经达到25.5％，但其离产业化应用还存在巨大的鸿沟，其中高质量大面积生产和稳定性依然是主要制约因素。当前的大面积制备方法种类众多，像真空沉积，刮涂，狭缝涂布，喷墨打印等。其中，狭缝涂布具有可持续供液，连续生产的巨大优势，是最适合产业化生产的技术之一。但当前这种设备存在的问题也比较显著，一方面需要有打料设备，另一方面需要调节涂头和衬底之间的狭缝间距。其中调节狭缝间距对运行基台的平整性提出了极高的要求，因为在运行过程中的微小扰动会严重影响溶液涂敷的均匀性进而影响结晶和成膜质量。

现有技术存在以下缺点：

(1)当前的狭缝涂布所必须采用的涂头和打料***是分开的。打料通常采用打料泵调节溶液的流量，并通过导液管连接到涂头，需要更大空间，且需要精确的电机来控制打料泵。

(2)涂头通常采用的是两个半片夹垫片，中间有液槽。在使用时需要调节涂头和基台之间的狭缝进而控制溶液涂敷的厚度。在涂敷过程中对基台平整性要求极高。而且要求运行过程中对狭缝宽度的扰动要小，否则会影响涂敷薄膜的厚度均匀性。这造成设备成本的增加。

基于上述背景，本发明基于涂头结构，开发了一种无需打料辅助配件的功能化书写式狭缝涂布用涂头装置。

发明内容

根据上述提出的当前的狭缝涂布所必须采用的涂头和打料***是分开的，打料通常采用打料泵调节溶液的流量，并通过导液管连接到涂头，需要更大空间，且需要精确的电机来控制打料泵；涂头通常采用的是两个半片夹垫片，中间有液槽，在使用时需要调节涂头和基台之间的狭缝进而控制溶液涂敷的厚度，在涂敷过程中对基台平整性要求极高，而且要求运行过程中对狭缝宽度的扰动要小，否则会影响涂敷薄膜的厚度均匀性，这造成设备成本的增加的技术问题，而提供一种用于狭缝涂布设备的高均匀性涂头装置及其使用方法。本发明主要利用半片涂头、滚轮和溶液进料口组成的免打料泵***的第一涂头装置或带有打料泵***的第二涂头装置，实现将目标溶液连续均匀涂敷在衬底表面形成薄膜。该涂头装置既可以用于免打料泵***的狭缝涂布设备，也可以用于常规的带有打料泵***的狭缝涂布设备。第一涂头装置在使用过程中，组装好后注入所需溶液，随后封闭注液口，调节压力计压迫滚轮；随后，调节好的涂头挂在支架上，涂头的滚轮部分接触到衬底表面，随着设备平台的移动，滚动滚轮，溶液随滚轮带动到衬底表面实现均匀的涂敷。第二涂头装置组装好后安装在狭缝涂布设备的支架上，将目标溶液加入打料泵***，然后通过输液管道连接到本发明的涂头；随后将涂头挂在支架上，涂头的滚轮部分接触到衬底表面，随着设备平台的移动，溶液随滚轮带动沉积到衬底表面形成薄膜。

本发明采用的技术手段如下：

一种用于狭缝涂布设备的高均匀性涂头装置，安装在狭缝涂布设备的可升降支架上，为由半片涂头、滚轮和溶液进料口组成的免打料泵***的第一涂头装置或带有打料泵***的第二涂头装置；所述半片涂头由第一半片涂头和第二半片涂头组成，第一半片涂头与第二半片涂头的内部构成容纳腔室，所述容纳腔室内部容纳储存有经溶液进料口注入的目标溶液；所述滚轮安装在半片涂头的底部，与容纳腔室相通，位于狭缝涂布设备上放置的衬底的上方；工作过程中，通过支架实现涂头装置的升降，使滚轮底部外表面与衬底表面充分接触，狭缝涂布设备带动衬底水平移动，目标溶液经容纳腔室流至滚轮外表面，利用滚轮的滚动将目标溶液连续均匀涂敷在衬底表面形成薄膜。

进一步地，所述第一涂头装置中，第一半片涂头和第二半片涂头的顶部共同密封连接有顶板，溶液进料口设置在顶板上，顶板上还设有与容纳腔室相通的溶液出料口以及置于外部且可精密调节的压力计，压力计上方连接有压力计调节旋钮，下方连接有多个可调节压力弹簧管，多个可调节压力弹簧管共同与滚轮相连；通过压力计调节旋钮调节压力计力矩来改变可调节压力弹簧管对滚轮的压力，进而调节目标溶液流出的速度，达到通过调节滚轮和涂头的液流量以控制涂敷薄膜厚度的目的。

进一步地，所述第二涂头装置中，溶液进料口设置在第二半片涂头的顶部，第二半片涂头内开设有L形通孔，用于容纳L形管道，该L形管道的上端连接溶液进料口，下端与容纳腔室相连通；溶液进料口的外部通过输液管道与打料泵***相连，通过打料泵***将目标溶液经管道输送至第二涂头装置的容纳腔室中，并调节液流量以控制涂敷的薄膜厚度。

进一步地，所述第一半片涂头与第二半片涂头的结构相同，呈对称设置，形成的容纳腔室为对称结构。

进一步地，所述第一半片涂头与第二半片涂头的底部均开设有圆弧形凹槽，滚轮的上部内嵌于两个扣合的圆弧形凹槽中，下部裸露至两个半片涂头的外部，裸露的部分在工作过程中与衬底表面接触；所述滚轮与两个圆弧形凹槽间存在微米级的细微缝隙，随着滚轮的滚动，目标溶液可被书写到衬底上；

所述第一半片涂头与第二半片涂头通过螺丝固定为一体。

进一步地，所述半片涂头的材质为耐腐蚀的不变形材质，变形率<5％；所述滚轮为具有光滑耐腐蚀的不变形材质的圆柱型滚轮，变形率<5％；所述滚轮的外壁含有特殊涂层，可使溶液顺利流通；

所述容纳腔室的内壁进行特殊涂层处理，用于减少目标溶液的滞留；

所述第一涂头装置的可调节压力弹簧管的材质为耐腐蚀的不变形材质，变形率<5％；可调节压力弹簧管的一端顶在滚轮上，另一端顶在精密压力计上，起到弹性稳固滚轮的作用，同时可实现对滚轮和凹槽之间缝隙的细微调节。

进一步地，变形率<5％的不变形材质为金属、陶瓷或特殊高分子材料等。

进一步地，所述涂头装置安装在带有千分尺表的可调节滚动装置的支架上，支架底部设有弹簧，涂头随支架进行上下移动，可调节滚动装置的下部设有可滚动滚轮结构，上部设有可微调高度的旋钮，用于微调涂头和支架的压力，对涂头装置的高度进行微调。

进一步地，所述狭缝涂布设备还包括基座，所述基座采用重量较大的材料制备，基座上安装的衬底传输装置分为刚性衬底传输装置和柔性衬底传输装置，刚性衬底传输装置的运行平台为可移动的水平平台，表面设有吸附小孔用于固定刚性衬底；柔性衬底传输装置为卷到卷大滚轮装置，包括放料滚轮和收料滚轮，柔性衬底一端缠绕在放料滚轮上，另一端绕缠绕在收料滚轮上。

本发明还提供了一种用于狭缝涂布设备的高均匀性涂头装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤一、衬底清洗：首先，刚性衬底在去离子水中超声清洗30分钟，随后在乙醇溶液中超声清洗30分钟、最后在乙醇和异丙醇的混合溶液中超声等清洗30分钟，完成后采用氮气吹干；

步骤二、将涂头装置进行组装，随后经溶液进料口注入所要使用的目标溶液；将装配完毕的涂头装置挂在狭缝涂布设备的支架上，并调节涂头装置，使涂头装置的滚轮接触衬底表面，其中，通过可调节滚动装置对涂头装置高度进行微调，使滚轮充分接触衬底表面；

步骤三、启动基台运行***，观察目标溶液在衬底表面的涂敷量，免打料泵的第一涂头装置通过调节压力计，来调节滚轮和涂头的液流量以控制涂敷薄膜的厚度；第二涂头装置则通过调节狭缝涂布设备的打料泵***来控制薄膜的厚度；

步骤四、薄膜涂敷完成后，进行后续干燥固化结晶等工序。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的用于狭缝涂布设备的高均匀性涂头装置及其使用方法，可大面积、连续性，高均匀性的涂敷溶液，将具有更低成本。

2、本发明提供的用于狭缝涂布设备的高均匀性涂头装置及其使用方法，其滚轮可以直接接触在衬底上，无需对衬底和涂头之间的缝隙进行高精度调节，降低了运行基台的要求。

3、本发明提供的用于狭缝涂布设备的高均匀性涂头装置及其使用方法，可以随着衬底的变化而变化，与传统的涂头涂布工艺相比，不受狭缝宽度影响，更有利于均匀性的提高。

综上，应用本发明的技术方案能够解决当前的狭缝涂布所必须采用的涂头和打料***是分开的，打料通常采用打料泵调节溶液的流量，并通过导液管连接到涂头，需要更大空间，且需要精确的电机来控制打料泵；涂头通常采用的是两个半片夹垫片，中间有液槽，在使用时需要调节涂头和基台之间的狭缝进而控制溶液涂敷的厚度，在涂敷过程中对基台平整性要求极高，而且要求运行过程中对狭缝宽度的扰动要小，否则会影响涂敷薄膜的厚度均匀性，这造成设备成本的增加的问题。

基于上述理由本发明可在狭缝涂布设备、薄膜沉积制备、以及太阳能电池制备等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明免打料泵狭缝涂布用涂头的横向截面结构示意图。

图2为本发明免打料泵狭缝涂布用涂头的立体结构示意图。

图3为本发明狭缝涂布用涂头的横向截面结构示意图。

图4为本发明在刚性衬底设备上应用的示例，其中(a)为设备的侧视图，(b)为设备的正视图。

图5为本发明在柔性衬底设备上应用的示例。

图中：101、压力计；102、可调节压力弹簧管；103、右半片涂头Ⅰ；104、圆柱型滚轮Ⅰ；105、左半片涂头Ⅰ；106、压力计调节旋钮；107、溶液进料口Ⅰ；108、溶液出料口；

201、溶液进料口Ⅱ；202、管道；203、右半片涂头Ⅱ；204、滚轮Ⅱ；205、左半片涂头Ⅱ；

301、可调节滚动装置Ⅰ；302、第一涂头装置Ⅰ；303、可滚动的滚轮Ⅰ；304、平台；305、支架***Ⅰ；

401、可调节滚动装置Ⅱ；402、第一涂头装置Ⅱ；403、可滚动的滚轮Ⅱ；404、支架***Ⅱ；405、柔性衬底沉积滚轮；406、柔性衬底收料滚轮。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。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讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图所示，本发明提供了一种用于狭缝涂布设备的高均匀性涂头装置，为一种用于狭缝涂布设备的溶液法涂敷沉积用的设备，涉及溶液法薄膜沉积设备技术领域，其设备基础为狭缝涂布设备。

所述用于狭缝涂布设备的高均匀性涂头装置，安装在狭缝涂布设备的可升降支架上，为由半片涂头、滚轮和溶液进料口组成的免打料泵***的第一涂头装置或带有打料泵***的第二涂头装置；所述半片涂头由相对扣合的第一半片涂头和第二半片涂头组成，第一半片涂头与第二半片涂头的内部构成容纳腔室，所述容纳腔室内部容纳储存有经溶液进料口注入的目标溶液；所述滚轮安装在半片涂头的底部，与容纳腔室相通，位于狭缝涂布设备上放置的衬底的上方；工作过程中，通过支架实现涂头装置的升降，使滚轮底部外表面与衬底表面充分接触，狭缝涂布设备带动衬底水平移动，目标溶液经容纳腔室流至滚轮外表面，利用滚轮的滚动将目标溶液连续均匀涂敷在衬底表面形成薄膜。

作为优选的实施方式，所述第一涂头装置中，第一半片涂头和第二半片涂头的顶部共同密封连接有顶板，溶液进料口设置在顶板上，顶板上还设有与容纳腔室相通的溶液出料口(当需要更换溶液的时候，需要有出料口；另外清洗内腔需要经进料口注入溶剂，从出料口流出；免拆卸进行更换溶液)以及置于外部且可精密调节的压力计，压力计上方连接有压力计调节旋钮，下方连接有多个可调节压力弹簧管，多个可调节压力弹簧管共同与滚轮相连；通过压力计调节旋钮调节压力计力矩来改变可调节压力弹簧管对滚轮的压力，进而调节目标溶液流出的速度，达到通过调节滚轮和涂头的液流量以控制涂敷薄膜厚度的目的。

作为优选的实施方式，所述第二涂头装置中，溶液进料口设置在第二半片涂头的顶部，第二半片涂头内开设有L形通孔，用于容纳L形管道，该L形管道的上端连接溶液进料口，下端与容纳腔室相连通；溶液进料口的外部通过输液管道与打料泵***相连，通过打料泵***将目标溶液经管道输送至第二涂头装置的容纳腔室中，并调节液流量以控制涂敷的薄膜厚度。

作为优选的实施方式，所述第一半片涂头与第二半片涂头的结构相同，呈对称设置，形成的容纳腔室为对称结构。

作为优选的实施方式，所述第一半片涂头与第二半片涂头的底部均开设有圆弧形凹槽，滚轮的上部内嵌于两个对称设置的扣合的圆弧形凹槽中，下部裸露至两个半片涂头的外部，裸露的部分在工作过程中与衬底表面接触；所述滚轮与两个圆弧形凹槽间存在微米级的细微缝隙，随着滚轮的滚动，目标溶液可被书写到衬底上；

所述第一半片涂头与第二半片涂头通过螺丝固定为一体。

作为优选的实施方式，所述半片涂头的材质为耐腐蚀的不变形材质，变形率<5％；所述滚轮为具有光滑耐腐蚀的不变形材质的圆柱型滚轮，变形率<5％；所述滚轮的外壁含有特殊涂层，可使溶液顺利流通；

所述容纳腔室的内壁进行特殊涂层处理，用于减少目标溶液的滞留；

所述第一涂头装置的可调节压力弹簧管的材质为耐腐蚀的不变形材质，变形率<5％；可调节压力弹簧管的一端顶在滚轮上，另一端顶在精密压力计上，起到弹性稳固滚轮的作用，同时可实现对滚轮和凹槽之间缝隙的细微调节。

作为优选的实施方式，变形率<5％的不变形材质为金属、陶瓷或特殊高分子材料等。

作为优选的实施方式，所述涂头装置安装在带有千分尺表的可调节滚动装置的支架上，支架底部设有弹簧，涂头随支架进行上下移动，可调节滚动装置的下部设有可滚动滚轮结构，上部设有可微调高度的旋钮，用于微调涂头和支架的压力，对涂头装置的高度进行微调。

作为优选的实施方式，所述狭缝涂布设备还包括基座，所述基座采用重量较大的材料制备，基座上安装的衬底传输装置分为刚性衬底传输装置和柔性衬底传输装置，刚性衬底传输装置的运行平台为可移动的水平平台，表面设有吸附小孔用于固定刚性衬底；柔性衬底传输装置为卷到卷大滚轮装置，包括放料滚轮和收料滚轮，柔性衬底一端缠绕在放料滚轮上，另一端绕缠绕在收料滚轮上。

本发明还提供了一种用于狭缝涂布设备的高均匀性涂头装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤一、衬底清洗：首先，刚性衬底在去离子水中超声清洗30分钟，随后在乙醇溶液中超声清洗30分钟、最后在乙醇和异丙醇的混合溶液中超声等清洗30分钟，完成后采用氮气吹干；

步骤二、将涂头装置进行组装，随后经溶液进料口注入所要使用的目标溶液；将装配完毕的涂头装置挂在狭缝涂布设备的支架上，并调节涂头装置，使涂头装置的滚轮接触衬底表面，其中，通过可调节滚动装置对涂头装置高度进行微调，使滚轮充分接触衬底表面；

步骤三、启动基台运行***，观察目标溶液在衬底表面的涂敷量，免打料泵的第一涂头装置通过调节压力计，来调节滚轮和涂头的液流量以控制涂敷薄膜的厚度；第二涂头装置则通过调节狭缝涂布设备的打料泵***来控制薄膜的厚度；

步骤四、薄膜涂敷完成后，进行后续干燥固化结晶等工序。

具体地，免打料泵狭缝涂布设备用涂头装置的使用结合图1和图2是通过下述方式实现的：在使用过程中，按照图1和图2的示意图组装好涂头后，首先从进料口107注入所需溶液，随后封闭注液口，调节压力计101压迫滚轮，将调节好的涂头挂在支架上，涂头的滚轮部分接触到衬底表面，随着设备平台的移动，滚动滚轮，溶液随滚轮带动到衬底表面实现均匀的涂敷。

带有打料泵***的狭缝涂布设备用涂头装置，即通用式狭缝涂布设备的涂头的使用结合图3通过下述技术实现：按照图3的示意图组装好涂头，然后将涂头安装在狭缝涂布设备的支架上，将目标溶液加入打料泵***，然后通过输液管道连接到本发明的涂头。随后将涂头挂在支架上，涂头的滚轮部分接触到衬底表面，随着设备平台的移动，溶液随滚轮带动沉积到衬底表面形成薄膜。

实施例1

本发明要解决的问题为：

1.当前的狭缝涂布所必须采用的涂头和打料***是分开的。打料通常采用的打料泵调节溶液的流量，并通过导液管连接到涂头，需要更大空间，且需要精确的电机来控制打料泵。

2.涂头通常采用的是两个半片夹垫片，中间有液槽。在使用时需要调节涂头和基台之间的狭缝进而控制溶液涂敷的厚度。在涂敷过程中对基台平整性要求极高。而且要求运行过程中对狭缝宽度的扰动要小，否则会影响涂敷薄膜的厚度均匀性。这造成设备成本的增加。

本发明基于上述问题，结合狭缝涂布设备的使用，提供了一种用于狭缝涂布设备的高均匀性涂头装置，为一种高稳定性、高性能、可均匀沉积钙钛矿溶液的狭缝涂布用的涂头装置。

如图1和图2所示(图2是将图1的结构立体化，凸显弹簧管对圆柱型滚轮的调节作用)，该用于狭缝涂布设备的高均匀性涂头装置为免打料泵***的狭缝涂布用第一涂头装置，其组成包括两个带有中间凹液槽的半片涂头、表面抛光的圆柱型滚轮Ⅰ104、三个间隔设置的弹簧柱(可调节压力弹簧管102)、可精密调节的压力计101(机械电子皆可)、溶液进液口Ⅰ107和溶液出液口108。其结构和组合在附图中进行详细说明。半片涂头耐腐蚀的不变形(变形率<5％)材质，圆柱型滚轮为光滑耐腐蚀的不变形(变形率<5％)材质，可调节压力弹簧管为耐腐蚀的不变形(变形率<5％)材质。

上述半片涂头分为两半，分别为左半片涂头Ⅰ105和右半片涂头Ⅰ103，二者可用螺丝等固定为一体，内部有储存溶液的凹槽，凹槽部分经过特殊涂层处理，减少溶液的滞留。涂头上部有溶液进液口Ⅰ107和溶液出液口108。

圆柱型滚轮内嵌于两个半片涂头合并后的凹槽里，并且该圆柱型滚轮的外壁含有特殊涂层，可以使溶液顺利流通。圆柱滚轮的大部分嵌在涂头的凹槽中，小部分裸漏可与外界的衬底表面接触。圆柱滚轮和凹槽之间存在细微的空间(微米级)，随着滚轮的滚动，目标溶液可以被书写到目标衬底上。

弹簧管的一端顶在圆柱滚轮，另一端顶在精密压力计上，一方面起到弹性稳固滚轮的作用，另一方面可以实现对滚轮和凹槽之间缝隙的细微调节。

压力计可以通过其顶部设置的压力计调节旋钮106调节力矩来改变弹簧管对圆柱滚轮的压力，进而调节溶液流出的速度。

上述不变形(变形率<5％)材质，其可以为金属、陶瓷、特殊高分子材料等。

狭缝涂布设备是本发明应用的基础，包括基座、衬底运行平台、可升降涂头支架。基座通常采用重量较大的材料制备，衬底传输装置对于刚性衬底和柔性衬底存在差异，刚性衬底传输***为水平平台，表面可以有吸附小孔用来固定刚性衬底。柔性衬底传输***为卷到卷大滚轮装置，柔性衬底一端缠绕在所述放料滚轮上，另一端绕缠绕在收料滚轮上。可升降涂头支架是搭载涂头的装置，便于涂头的升降。此外，本发明也可应用于带有打料泵***的狭缝涂布设备。

如图4所示，本发明的第一涂头装置Ⅰ302挂在带有弹簧的支架***Ⅰ305上，支架***Ⅰ305安装在带有千分尺表的可调节滚动装置Ⅰ301上(可调节滚动装置Ⅰ301为现有设备)，涂头随支架***Ⅰ305进行上下移动，可调节滚动装置Ⅰ301的下部带有可滚动的滚轮结构，上部是可微调高度的旋钮，可以微调涂头和基台支架的压力。本发明中的关键部分可滚动的滚轮Ⅰ303(即圆柱型滚轮Ⅰ104)设置在第一涂头装置Ⅰ302底部。刚性衬底置于可移动的平台304上，可滚动的滚轮Ⅰ303与刚性衬底表面充分接触。

本实施例将结合图4，基于刚性衬底的狭缝涂布设备对该发明的应用进行详述：

1、衬底清洗。首先，刚性衬底在去离子水中超声清洗30分钟，随后在乙醇溶液中超声清洗30分钟，最后在乙醇和异丙醇的混合溶液中超声等清洗30分钟，完成后采用氮气吹干。

2、附图1-2为本发明的结构示意图，该涂头装置主体由两个半片涂头和圆柱型滚轮组成，免打料泵***的内置可调节压力的弹簧压力计可调节滚轮和涂头之间的出料。

3、图4中的(a)是设备的侧视图，图(b)是设备的正视图。首先将涂头装置按照图中结构组装完毕，随后注入所要使用的目标溶液。将装配完毕的涂头装置挂在图4所示的设备支架上，并调节涂头，使涂头接触运行平台的衬底，通过可调节滚动装置Ⅰ301对高度进行微调，使涂头的滚动圆柱滚轮充分接触衬底。

4、启动基台运行***，观察溶液在衬底表面的涂敷量，免打料泵的涂头装置通过调节图1中的压力计101，来调节滚轮和涂头的液流量来控制涂敷薄膜的厚度(而通用式涂头，即第二涂头装置则调节狭缝涂布设备的打料泵***控制薄膜的厚度)。

5、薄膜涂敷完成后，进行后续干燥固化结晶等工序。

实施例2

如图5所示，本发明的第一涂头装置Ⅱ402(即第一涂头装置Ⅰ302)挂在带有弹簧的支架***Ⅱ404(即支架***Ⅰ305)上，支架***Ⅱ404安装于带有千分尺表的可调节滚动装置Ⅱ401(即可调节滚动装置Ⅰ301，为现有设备)，可调节滚动装置Ⅱ401下部带有可滚动的滚轮结构，上部是可微调高度的旋钮，可以微调涂头和基台支架的压力。本发明中的关键部分可滚动的滚轮Ⅱ403(即圆柱型滚轮Ⅰ104)设置在第一涂头装置Ⅱ402底部。柔性衬底置于柔性衬底沉积滚轮405和柔性衬底收料滚轮406上。可滚动的滚轮Ⅱ403与柔性衬底表面充分接触。

与实施例1不同的是，本实施例结合图5，基于柔性衬底的狭缝涂布设备对该发明的应用进行详述：

1、清洗。柔性衬底与刚性衬底相类似，在去离子水中超声清洗30分钟，随后在乙醇溶液中超声清洗30分钟，最后在乙醇和异丙醇的混合溶液中超声等清洗30分钟，完成后采用氮气吹干。

2、与刚性衬底制备相同，该涂头装置主体由两个半片和圆柱型滚轮组成，免打料泵***的内置可调节压力的弹簧压力计可调节滚轮和涂头之间的出料。

3、图5为柔性沉积设备。首先将涂头按照图中结构组装完毕，随后注入所要使用的目标溶液。将装配完毕的涂头装置挂在图5所示的设备支架上，并调节涂头，使涂头的滚轮与设备的滚动装置实现外切圆接触，然后通过可调节滚动装置Ⅱ401对高度进行微调，使涂头的滚动圆柱充分接触柔性衬底。

4、启动柔性衬底传输***，随着柔性衬底收料滚轮406的滚动实现溶液在衬底表面的涂敷。观察溶液在衬底表面的涂敷量，免打料泵的涂头装置通过调节图1中的压力计101，来调节滚轮和涂头的液流量来控制涂敷薄膜的厚度。而通用式涂头则调节狭缝涂布设备的打料来控制薄膜的厚度。

5、在完成涂敷后，柔性衬底收料滚轮收衬底前对薄膜进行后续干燥固化结晶等工序形成所需薄膜。

实施例3

如图3所示，与实施例1和实施例2不同的是，本实施例提供的一种用于狭缝涂布设备的高均匀性涂头装置，为带有打料泵***的狭缝涂布设备用第二涂头装置，其组成包括溶液进料口Ⅱ201、涂头连接进料口和内置腔室的管道202、右半片涂头Ⅱ203、可滚动的滚轮Ⅱ204以及左半片涂头Ⅱ205。溶液进料口Ⅱ201设置在右半片涂头Ⅱ203的顶部，右半片涂头Ⅱ203内开设有通孔，用于容纳L形管道202，该管道202的上端连接溶液进料口Ⅱ201，下端与左半片涂头Ⅱ205和右半片涂头Ⅱ203间的容纳腔室相连通；溶液进料口Ⅱ201的外部通过输液管道与打料泵***相连，通过打料泵***将目标溶液经管道输送至第二涂头装置的容纳腔室中，并调节液流量以控制涂敷的薄膜厚度。

本发明基于大面积可连续生产的狭缝涂布技术，提出了一种新型的大面积溶液法涂布设备用涂头。该发明简单可控，适用于刚性和柔性电池的制备。在不脱离本发明构思的前提下做出的若干替代或变形，且性能相近或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种用于狭缝涂布设备的高均匀性涂头装置，其特征在于，安装在狭缝涂布设备的可升降支架上，由半片涂头、滚轮和溶液进料口组成的免打料泵***的第一涂头装置或带有打料泵***的第二涂头装置；所述半片涂头由第一半片涂头和第二半片涂头组成，第一半片涂头与第二半片涂头的内部构成容纳腔室，所述容纳腔室内部容纳储存有经溶液进料口注入的目标溶液；所述滚轮安装在半片涂头的底部，与容纳腔室相通，位于狭缝涂布设备上放置的衬底的上方；工作过程中，通过支架实现涂头装置的升降，使滚轮底部外表面与衬底表面充分接触，狭缝涂布设备带动衬底水平移动，目标溶液经容纳腔室流至滚轮外表面，利用滚轮的滚动将目标溶液连续均匀涂敷在衬底表面形成薄膜；

所述第一涂头装置中，第一半片涂头和第二半片涂头的顶部共同连接有顶板，溶液进料口设置在顶板上，顶板上还设有与容纳腔室相通的溶液出料口以及置于外部且可精密调节的压力计，压力计上方连接有压力计调节旋钮，下方连接有多个可调节压力弹簧管，多个可调节压力弹簧管共同与滚轮相连；通过压力计调节旋钮调节压力计力矩来改变可调节压力弹簧管对滚轮的压力，进而调节目标溶液流出的速度，达到通过调节滚轮和涂头的液流量以控制涂敷薄膜厚度的目的；

所述涂头装置安装在带有千分尺表的可调节滚动装置的支架上，支架底部设有弹簧，涂头随支架进行上下移动，可调节滚动装置的下部设有可滚动滚轮结构，上部设有可微调高度的旋钮，用于微调涂头和支架的压力，对涂头装置的高度进行微调。

2.根据权利要求1所述的用于狭缝涂布设备的高均匀性涂头装置，其特征在于，所述第二涂头装置中，溶液进料口设置在第二半片涂头的顶部，第二半片涂头内开设有L形通孔，用于容纳L形管道，该L形管道的上端连接溶液进料口，下端与容纳腔室相连通；溶液进料口的外部通过输液管道与打料泵***相连，通过打料泵***将目标溶液经管道输送至第二涂头装置的容纳腔室中，并调节液流量以控制涂敷的薄膜厚度。

3.根据权利要求1所述的用于狭缝涂布设备的高均匀性涂头装置，其特征在于，所述第一半片涂头与第二半片涂头的结构相同，呈对称设置，形成的容纳腔室为对称结构。

4.根据权利要求2-3任意一项所述的用于狭缝涂布设备的高均匀性涂头装置，其特征在于，所述第一半片涂头与第二半片涂头的底部均开设有圆弧形凹槽，滚轮的上部内嵌于两个扣合的圆弧形凹槽中，下部裸露至两个半片涂头的外部，裸露的部分在工作过程中与衬底表面接触；所述滚轮与两个圆弧形凹槽间存在微米级的细微缝隙，随着滚轮的滚动，目标溶液可被书写到衬底上；

所述第一半片涂头与第二半片涂头通过螺丝固定为一体。

5.根据权利要求4所述的用于狭缝涂布设备的高均匀性涂头装置，其特征在于，所述半片涂头的材质为耐腐蚀的不变形材质，变形率<5％；所述滚轮为具有光滑耐腐蚀的不变形材质的圆柱型滚轮，变形率<5％；所述滚轮的外壁含有特殊涂层，使溶液顺利流通；

所述容纳腔室的内壁进行特殊涂层处理，用于减少目标溶液的滞留；

所述第一涂头装置的可调节压力弹簧管的材质为耐腐蚀的不变形材质，变形率<5％；可调节压力弹簧管的一端顶在滚轮上，另一端顶在精密压力计上，起到弹性稳固滚轮的作用，同时可实现对滚轮和凹槽之间缝隙的细微调节。

6.根据权利要求5所述的用于狭缝涂布设备的高均匀性涂头装置，其特征在于，变形率<5％的不变形材质为金属、陶瓷或特殊高分子材料。

7.根据权利要求1所述的用于狭缝涂布设备的高均匀性涂头装置，其特征在于，所述狭缝涂布设备还包括基座，所述基座采用重量较大的材料制备，基座上安装的衬底传输装置分为刚性衬底传输装置和柔性衬底传输装置，刚性衬底传输装置的运行平台为可移动的水平平台，表面设有吸附小孔用于固定刚性衬底；柔性衬底传输装置为卷到卷大滚轮装置，包括放料滚轮和收料滚轮，柔性衬底一端缠绕在放料滚轮上，另一端绕缠绕在收料滚轮上。

8.一种如权利要求1-7任意一项权利要求所述的用于狭缝涂布设备的高均匀性涂头装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、衬底清洗：首先，刚性衬底在去离子水中超声清洗30分钟，随后在乙醇溶液中超声清洗30分钟、最后在乙醇和异丙醇的混合溶液中超声等清洗30分钟，完成后采用氮气吹干；

步骤二、将涂头装置进行组装，随后经溶液进料口注入所要使用的目标溶液；将装配完毕的涂头装置挂在狭缝涂布设备的支架上，并调节涂头装置，使涂头装置的滚轮接触衬底表面，其中，通过可调节滚动装置对涂头装置高度进行微调，使滚轮充分接触衬底表面；

步骤三、启动基台运行***，观察目标溶液在衬底表面的涂敷量，免打料泵的第一涂头装置通过调节压力计，来调节滚轮和涂头的液流量以控制涂敷薄膜的厚度；第二涂头装置则通过调节狭缝涂布设备的打料泵***来控制薄膜的厚度；

步骤四、薄膜涂敷完成后，进行后续干燥固化结晶工序。

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