本發(fā)明涉及太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于鈣鈦礦晶體的結(jié)晶生長(zhǎng)板、結(jié)晶釜及結(jié)晶裝置。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)的發(fā)展，人口的急劇增加以及對(duì)更高生活水平的追求，人均消耗的能源越來越高，以石油、煤炭和天然氣等化石能源為基礎(chǔ)的能源結(jié)構(gòu)無法完全滿足人類的需求，且化石能源為非可再生能源，儲(chǔ)量有限、開發(fā)成本高且使用過程中易造成環(huán)境污染等因素。為了更好的解決能源問題，人們開發(fā)了多種新型清潔能源，如：風(fēng)能、潮汐能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能源、核能和太陽能等。其中，太陽能是由太陽內(nèi)部的核聚變反應(yīng)產(chǎn)生的能量。盡管地球大氣層獲取的太陽輻射能量?jī)H為其總輻射能量的22億分之一，但這些能量依然高達(dá)173000TW，平均每秒鐘地球接收太陽輻射能量相當(dāng)于燃燒500萬噸煤，由此可見太陽能隱含的巨大潛力。由于技術(shù)復(fù)雜性和費(fèi)效比等原因，太陽能被認(rèn)為是最有潛力及開發(fā)價(jià)值的新型清潔能源，利用太陽能電池發(fā)電被認(rèn)為是最具前景的方法之一。

鈣鈦礦太陽能電池是近幾年出現(xiàn)的一種新型太陽能電池，因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、原料來源廣、制備工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、可制備大面積柔性電池等特點(diǎn)，以受到越來越多人們的廣泛關(guān)注。

鈣鈦礦太陽能電池，由于以MAPbI₃為代表的鈣鈦礦吸光材料具有優(yōu)異的光電性能，高載流子遷移率(單晶66cm²V^-1s^-1，多晶11.6cm²V^-1s^-1)、包括長(zhǎng)電子空穴擴(kuò)散距離(單晶大于175μm，多晶大于1μm)、高吸光系數(shù)及寬廣的吸光范圍(覆蓋整個(gè)可見光區(qū))，使得鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域在短時(shí)間內(nèi)得到飛速發(fā)展。

但是，目前鈣鈦礦晶體制備還停留在實(shí)驗(yàn)室級(jí)別，鈣鈦礦晶體的供應(yīng)量完全無法滿足鈣鈦礦電池工業(yè)化需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，有必要針對(duì)現(xiàn)有的鈣鈦礦晶體無法工業(yè)化生產(chǎn)的問題，提供一種可工業(yè)化生產(chǎn)鈣鈦礦晶體的結(jié)晶生長(zhǎng)板。

一種用于鈣鈦礦晶體的結(jié)晶生長(zhǎng)板，包括：

本體，包括用于晶體生長(zhǎng)的第一面以及與所述第一面相對(duì)的第二面；

高表面能結(jié)構(gòu)，設(shè)于所述本體的第一面；

以及低表面能結(jié)構(gòu)，設(shè)于所述本體的第二面。

上述用于鈣鈦礦晶體的結(jié)晶生長(zhǎng)板，由于在第一面(即正面)設(shè)有高表面能結(jié)構(gòu)，且在第二面(即背面)設(shè)有低表面能結(jié)構(gòu)，這樣有利于晶體在正面的結(jié)晶機(jī)率，同時(shí)還有利于控制晶體生長(zhǎng)，從而可工業(yè)化生產(chǎn)鈣鈦礦晶體。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述高表面能結(jié)構(gòu)為附于所述本體上的親水材料層。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述親水材料層中的親水材料選自聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、和聚丙烯酸中的一種或幾種。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述低表面能結(jié)構(gòu)為附于所述本體上的疏水材料層。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述疏水材料層中的疏水材料選自聚丙烯、聚偏氟二烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、和氟代聚硅氧烷中的一種或幾種。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述本體呈網(wǎng)篩狀。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述本體的孔徑為50～100目。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述本體的材質(zhì)為不銹鋼、鋁合金、或鋼化玻璃。

本發(fā)明還提供了一種鈣鈦礦晶體結(jié)晶釜。

一種鈣鈦礦晶體結(jié)晶釜，包括：

釜體；

加熱機(jī)構(gòu)，至少位于所述釜體的底部；

以及結(jié)晶生長(zhǎng)板，設(shè)置于所述釜體內(nèi)；

所述結(jié)晶生長(zhǎng)板為本發(fā)明所提供的結(jié)晶生長(zhǎng)板。

上述鈣鈦礦晶體結(jié)晶釜，由于采用本發(fā)明所提供的結(jié)晶生長(zhǎng)板，故而可以精確控制鈣鈦礦晶體生長(zhǎng)、可工業(yè)化生產(chǎn)鈣鈦礦晶體。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述鈣鈦礦晶體結(jié)晶釜還包括用于升降所述結(jié)晶生長(zhǎng)板的升降機(jī)構(gòu)。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述加熱機(jī)構(gòu)為電加熱機(jī)構(gòu)或循環(huán)油浴加熱機(jī)構(gòu)。

本發(fā)明還提供了一種鈣鈦礦晶體的結(jié)晶裝置。

一種鈣鈦礦晶體的結(jié)晶裝置，包括本發(fā)明所提供的鈣鈦礦晶體結(jié)晶釜。

上述鈣鈦礦晶體的結(jié)晶裝置，由于采用本發(fā)明所提供的鈣鈦礦晶體結(jié)晶釜，故而可以精確控制鈣鈦礦晶體生長(zhǎng)，同時(shí)還可以大規(guī)模、連續(xù)生長(zhǎng)鈣鈦礦晶體。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述鈣鈦礦晶體的結(jié)晶裝置還包括溶劑冷凝回收單元，所述溶劑冷凝回收單元設(shè)置于所述鈣鈦礦晶體結(jié)晶釜的上方。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述鈣鈦礦晶體的結(jié)晶裝置還包括用于對(duì)補(bǔ)液預(yù)加熱的預(yù)加熱單元，所述預(yù)加熱單元設(shè)置于所述鈣鈦礦晶體結(jié)晶釜的側(cè)面。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的鈣鈦礦晶體的結(jié)晶裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明另一實(shí)施例的鈣鈦礦晶體的結(jié)晶裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的結(jié)晶生長(zhǎng)板的截面示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施方式僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實(shí)施方式的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語“及/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。

參見圖1～2，本發(fā)明一實(shí)施例的鈣鈦礦晶體的結(jié)晶裝置1000，包括結(jié)晶釜100、用于支撐結(jié)晶釜100的支架200、用于控制整個(gè)結(jié)晶裝置100內(nèi)各部分的溫度的溫控單元。

其中，支架200位于結(jié)晶釜100的下方，結(jié)晶釜100支撐于支架100的上方。支架200的材質(zhì)優(yōu)選選自不銹鋼或鋁合金。在本實(shí)施例中，支架200為三腳支架，支架200的高度為50～100cm。當(dāng)然，可以理解的是，本發(fā)明對(duì)支架200的結(jié)構(gòu)、高度、以及材質(zhì)均無特殊要求，只要能將結(jié)晶釜100穩(wěn)定地支撐于地面一定高度位置即可。

其中，結(jié)晶釜100為結(jié)晶裝置1000的核心部件。在結(jié)晶釜100內(nèi)生長(zhǎng)鈣鈦礦晶體。

具體地，結(jié)晶釜100包括釜體110、加熱機(jī)構(gòu)120、以及結(jié)晶生長(zhǎng)板130。

參見圖3，結(jié)晶生長(zhǎng)板130設(shè)置于釜體110內(nèi)。在結(jié)晶時(shí)，結(jié)晶生長(zhǎng)板130浸入到結(jié)晶母液中，結(jié)晶母液中的鈣鈦礦在結(jié)晶生長(zhǎng)板130上析出結(jié)晶。

具體地，結(jié)晶生長(zhǎng)板130包括本體131，本體131具有用于晶體生長(zhǎng)的第一面131a以及與第一面131a相對(duì)的第二面131b；在本體131的第一面131a上設(shè)有高表面能結(jié)構(gòu)，在本體131的第二面131b上設(shè)有低表面能結(jié)構(gòu)。其中，比表面能大于0.1J/m²稱為高表面能，比表面能小于0.1J/m²稱為低表面能。由于在第一面(即正面)設(shè)有高表面能結(jié)構(gòu)，且在第二面(即背面)設(shè)有低表面能結(jié)構(gòu)，這樣有利于晶體的正面的結(jié)晶機(jī)率，同時(shí)還有利于控制晶體生長(zhǎng)。

在本實(shí)施例中，本體131呈網(wǎng)篩狀。也就是說，本體131上開設(shè)有若干微小的篩孔。網(wǎng)篩狀的本體131有助于在結(jié)晶完畢之后使結(jié)晶母液流出。

更進(jìn)一步地，本體131的孔徑為50～100目。這樣可以進(jìn)一步有利于結(jié)晶母液流出，且有利于骨架促使晶體成核。

當(dāng)然，可以理解的是，本發(fā)明的本體131并不局限于呈網(wǎng)篩狀，還可以是不具有孔的平板。

在本實(shí)施例中，本體131的材質(zhì)為不銹鋼。當(dāng)然，可以理解的是，本體131的材質(zhì)亦可以是鋁合金、或鋼化玻璃等其它適合鈣鈦礦晶體結(jié)晶的材質(zhì)。

在本實(shí)施例中，高表面能結(jié)構(gòu)為附于本體131上的親水材料層132。當(dāng)然，可以理解的是，高表面能結(jié)構(gòu)并不局限于親水材料層132，還可以是通過特殊表面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以達(dá)到高表面能效果。

更優(yōu)選地，親水材料層132中的親水材料選自聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、和聚丙烯酸中的一種或幾種。

在本實(shí)施例中，低表面能結(jié)構(gòu)為附于本體131上的疏水材料層133。當(dāng)然，可以理解的是，低表面能結(jié)構(gòu)并不局限于疏水材料層132，還可以是通過特殊表面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以達(dá)到低表面效果。

更優(yōu)選地，疏水材料層133中的疏水材料選自聚丙烯、聚偏氟二烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、和氟代聚硅氧烷中的一種或幾種。

在本實(shí)施例中，結(jié)晶生長(zhǎng)板130呈圓形，更具體地，其直徑為20～95cm，厚度為1～2mm。當(dāng)然，可以理解的是，本發(fā)明對(duì)結(jié)晶生長(zhǎng)板130的形狀并不作特殊限制，亦可以是其它形式。

繼續(xù)參見圖1～2，釜體110為結(jié)晶提供場(chǎng)所，也就是說，在結(jié)晶時(shí)，將結(jié)晶母液裝入釜體110中，而結(jié)晶生長(zhǎng)板130浸入到結(jié)晶母液中，結(jié)晶母液中的鈣鈦礦在結(jié)晶生長(zhǎng)板130上析出結(jié)晶。

在本實(shí)施例中，釜體110包括釜罐111、蓋設(shè)在釜罐111上的釜蓋112、以及用于連接釜罐111與釜蓋112的連接卡扣113。這樣方便釜體110的密封以及打開，便于操作。

具體地，釜罐111的材質(zhì)優(yōu)選選自不銹鋼、鋁合金、亦或鋼化玻璃。同樣地，釜蓋112的材質(zhì)也優(yōu)選選自不銹鋼、鋁合金、亦或鋼化玻璃。連接卡扣113的材質(zhì)優(yōu)選選自不銹鋼、鋁合金、橡膠、或塑料。

在本實(shí)施例中，釜體110呈大致圓柱形。更具體地，釜體110的直徑為25～100cm，高度為10～50cm。當(dāng)然，可以理解的是，本發(fā)明對(duì)釜體110的形狀不作特殊限制。

在本實(shí)施例中，釜罐111的內(nèi)表面設(shè)有第二低表面能結(jié)構(gòu)。這樣可以防止晶體結(jié)晶到釜罐111上，從而更有利于控制晶體的正常生長(zhǎng)，同時(shí)降低對(duì)釜罐111的維護(hù)以及清洗的工作量。

更具體地，第二低表面能結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在釜罐111的內(nèi)表面上的疏水微細(xì)表面，以及在疏水微細(xì)表面上的疏水涂層。這樣可使釜罐111具有超疏水性，進(jìn)一步提高低表面能效果。

在本實(shí)施例中，在釜體110上設(shè)有液面觀察窗口115，其由鋼化玻璃等透明材料制成，這樣可以方便地觀察到液面的高度，從而有利于控制結(jié)晶。

具體地，液面觀察窗口115呈長(zhǎng)方形，其寬度為2-3cm，其長(zhǎng)度約為結(jié)晶釜體高度的2/3。

當(dāng)然，可以理解的是，當(dāng)釜體110的材質(zhì)為鋼化玻璃時(shí)，由于直接可見液面，故無需在設(shè)液面觀察窗口。還可以理解的是，本發(fā)明亦可以不設(shè)置液面觀察窗口115。

在本實(shí)施例中，釜罐111的底部還設(shè)有廢液排放口116，更具體地，廢液排放口的直徑為2cm。這樣可以更加有利于廢液排放以及收集，避免廢料污染；同時(shí)還有利于釜體110的清洗。

在本實(shí)施例中，釜蓋112上還設(shè)有溶劑排放口117，其材質(zhì)優(yōu)選選自不銹鋼、鋁合金、或鋼化玻璃。這樣可以有利于及時(shí)將揮發(fā)的溶劑排出到釜體110外。

其中，加熱機(jī)構(gòu)120用于對(duì)結(jié)晶母液進(jìn)行加熱，從而使釜體110內(nèi)的結(jié)晶母液受熱，進(jìn)而控制結(jié)晶。在本實(shí)施例中，加熱機(jī)構(gòu)120位于釜體110的底部以及側(cè)壁，這樣可以對(duì)結(jié)晶母液進(jìn)行多面加熱，從而更加有利于控制結(jié)晶。當(dāng)然，可以理解的是，加熱機(jī)構(gòu)120也可以只位于釜體110的底部下方。

在本實(shí)施例中，加熱機(jī)構(gòu)120為電加熱機(jī)構(gòu)(如圖1所示)。更具體地，電加熱機(jī)構(gòu)包括密布在釜體110外的電阻絲，電阻絲在通電下發(fā)熱從而對(duì)釜體110進(jìn)行加熱。

當(dāng)然，可以理解的是，本發(fā)明的加熱機(jī)構(gòu)120并不局限于電加熱機(jī)構(gòu)，還可以是其它加熱機(jī)構(gòu)。例如參見圖2，加熱機(jī)構(gòu)120為循環(huán)油浴加熱機(jī)構(gòu)。更具體地，在釜體110的側(cè)壁以及底壁上設(shè)有油浴加熱腔，通過與恒溫循環(huán)油浴泵連接從而使加熱油在油浴加熱腔中循環(huán)。

為了進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)晶釜100的性能，結(jié)晶釜100還包括用于升降結(jié)晶生長(zhǎng)板130的升降機(jī)構(gòu)150。這樣方便在結(jié)晶完畢之后，將結(jié)晶生長(zhǎng)板130取出，以方便晶體收集。

具體地，升降機(jī)構(gòu)150包括分別連接在結(jié)晶生長(zhǎng)板130兩端的升降桿，通過升降桿的升降帶動(dòng)結(jié)晶生長(zhǎng)板130升降。

具體地，升降桿的材質(zhì)優(yōu)選選自不銹鋼或鋁合金。其直徑為2～4mm，長(zhǎng)度基本與釜體110高度相同。

為了更進(jìn)一步優(yōu)化，在升降桿的外表面上也設(shè)有第二低表面能結(jié)構(gòu)。這樣可以防止晶體結(jié)晶到升降桿上，從而更有利于控制晶體的正常生長(zhǎng)，同時(shí)降低對(duì)升降桿的維護(hù)以及清洗的工作量。

在本實(shí)施例中，鈣鈦礦晶體的結(jié)晶裝置1000還包括溶劑冷凝回收單元400，溶劑冷凝回收單元400的主要作用是，收集結(jié)晶過程中揮發(fā)的溶劑，同時(shí)更有利于使溶劑及時(shí)排出釜體110。具體地，溶劑冷凝回收單元400設(shè)置于結(jié)晶釜100的上方。更具體地，溶劑冷凝回收單元400與釜體110通過溶劑排放口117連通。結(jié)晶過程中，揮發(fā)的溶劑通過溶劑排放口117進(jìn)入溶劑冷凝回收單元400中，在溶劑冷凝回收單元400中被冷凝并收集在一起。

具體地，溶劑冷凝回收單元400包括冷凝管410、以及溶劑收集器420。其中，冷凝管410可選用循環(huán)水冷卻管或空氣冷卻管，也就是說，可以選用水冷或空氣冷卻的方式。冷凝管410的材質(zhì)可以選自不銹鋼、鋁合金、或玻璃。

更具體地，溶劑收集器420的直徑為5～20cm，高度為5～10cm，其材質(zhì)為不銹鋼、鋁合金、玻璃、或塑料。在溶劑收集器上還設(shè)有約1cm孔徑的溶劑回收閥門，從而方便回收溶劑。

當(dāng)然，可以理解的是，溶劑冷凝回收單元400的具體結(jié)構(gòu)并不局限于上述結(jié)構(gòu)，亦可以是其它結(jié)構(gòu)。還可以是理解的是，本發(fā)明亦可以不設(shè)置溶劑冷凝回收單元400。

在本實(shí)施例中，鈣鈦礦晶體的結(jié)晶裝置1000還包括用于對(duì)補(bǔ)液預(yù)加熱的預(yù)加熱單元500，預(yù)加熱單元500與釜體110相連通，從而將進(jìn)行預(yù)先加熱的補(bǔ)液輸入到釜體110內(nèi)。這樣可在結(jié)晶時(shí)，預(yù)先將補(bǔ)液加熱至結(jié)晶溫度，從而防止因后期補(bǔ)液造成溫度變化導(dǎo)致晶體生長(zhǎng)不可控，故而有利于晶體連續(xù)生長(zhǎng)。

具體地，預(yù)加熱單元500設(shè)置于釜體110的側(cè)面。預(yù)加熱單元500包括溶劑預(yù)加熱腔510、預(yù)加熱器520、連通管530和進(jìn)料閥門540。

其中，溶劑預(yù)加熱腔510的直徑為10～50cm，高度為5～20cm，其材質(zhì)可選不銹鋼、鋁合金和鋼化玻璃種的一種。在溶劑預(yù)加熱腔510的頂部中心設(shè)有直徑為5cm的溶液加注口(未示出)。預(yù)加熱器520為金屬電阻加熱器，加熱溫度在250℃以內(nèi)。連通管530連接溶液預(yù)加熱腔510與釜體110，其直徑為2～3cm，其材質(zhì)可選不銹鋼、鋁合金、或鋼化玻璃。進(jìn)料閥門540設(shè)置連通管530上，從而控制補(bǔ)液進(jìn)入釜體110，其材質(zhì)可選不銹鋼、鋁合金、鋼化玻璃或塑料。

當(dāng)然，可以理解的是，本發(fā)明的預(yù)加熱單元500的具體結(jié)構(gòu)并不局限于上述結(jié)構(gòu)，亦可以是其它結(jié)構(gòu)。還可以是理解的是，本發(fā)明亦可以不設(shè)置預(yù)加熱單元500。

上述鈣鈦礦晶體的結(jié)晶裝置，能夠進(jìn)行鈣鈦礦晶體大規(guī)模、連續(xù)制備，同時(shí)結(jié)晶裝置使用及操作簡(jiǎn)單、安全、環(huán)保，晶體生長(zhǎng)環(huán)境控制精確、穩(wěn)定，進(jìn)而使晶體生長(zhǎng)質(zhì)量?jī)?yōu)異，故而晶體在質(zhì)和量上都可滿足鈣鈦礦電池工業(yè)化生產(chǎn)需求，進(jìn)而極大促進(jìn)了鈣鈦礦太陽電池的規(guī)模化應(yīng)用和市場(chǎng)化進(jìn)程。另外，采用上述鈣鈦礦晶體的結(jié)晶裝置所制備的鈣鈦礦晶體電池光電性能良好，質(zhì)量?jī)?yōu)異。

以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡(jiǎn)潔，未對(duì)上述實(shí)施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。