【摘要】：通過卷對(duì)卷工藝制作大面積高效的柔性薄膜光伏器件是近些年來(lái)光伏行業(yè)的研究方向之一。有機(jī)光伏電池(OPV)由于其材料來(lái)源廣泛并且可以制成液體,頻繁地出現(xiàn)在關(guān)于薄膜光伏器件制作的研究中。在這些研究當(dāng)中,卷對(duì)卷涂印工藝被多次嘗試,但是結(jié)果并不理想。主要困難在于光伏器件面積增大時(shí),涂布質(zhì)量下降,光電轉(zhuǎn)換效率大大下降,使用壽命也不夠長(zhǎng)。這是由許多因素造成的,缺乏專門針對(duì)光伏器件的卷對(duì)卷涂印設(shè)備就是原因之一。雖然卷對(duì)卷工藝由來(lái)已久,但是由于工藝不同,傳統(tǒng)的卷對(duì)卷涂印設(shè)備并不能直接用于制作大面積光伏器件,因?yàn)橥坎嫉馁|(zhì)量無(wú)法保證。為此本文深入研究了OPV的工藝要求和工藝流程,在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一臺(tái)簡(jiǎn)易的OPV活性層卷對(duì)卷涂布設(shè)備。主要包括以下內(nèi)容:首先,根據(jù)OPV活性層的工藝要求確定了涂層制作方法為狹縫擠壓涂布技術(shù)。接著建立了涂布過程的數(shù)學(xué)模型,在此基礎(chǔ)上研究了狹縫擠壓涂布嘴的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。同時(shí)研究了卷對(duì)卷涂布工藝的一般構(gòu)成,并確定了設(shè)備的總體方案。然后,根據(jù)工藝要求確定了設(shè)備的運(yùn)行參數(shù),在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了狹縫擠壓涂布嘴、涂布平臺(tái)、收放卷機(jī)構(gòu)、熱風(fēng)干燥箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及設(shè)備的整體設(shè)計(jì)。接著通過計(jì)算流體力學(xué)(CFD)技術(shù),對(duì)涂布嘴流道和熱風(fēng)干燥箱風(fēng)道的流域進(jìn)行了仿真分析,確定了保證寬向涂布均勻度的涂布嘴結(jié)構(gòu)尺寸;驗(yàn)證了干燥箱風(fēng)嘴出口風(fēng)速和溫度的均勻性均滿足要求。此外研究了涂布間隔、涂布車速與最小濕膜厚度的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)較小的涂層厚度在涂布車速較高時(shí)方能達(dá)到。其次,建立了卷對(duì)卷設(shè)備的張力模型,分析了輥?zhàn)又圃旌桶惭b誤差對(duì)張力和速度的影響。根據(jù)張力模型,為張力和速度閉環(huán)控制分別設(shè)計(jì)了PID和線性二次型(LQR)控制器,并通過matlab仿真分析了控制器的性能。發(fā)現(xiàn)速度控制采用PID控制器,張力控制采用LQR控制器時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)情況最好。最后,根據(jù)設(shè)備的控制特點(diǎn)確定了系統(tǒng)的電氣方案,進(jìn)行了器件的選型和電氣回路的詳細(xì)設(shè)計(jì),根據(jù)控制流程編寫了PLC程序和人機(jī)交互界面。并搭建了簡(jiǎn)易的卷對(duì)卷實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)PLC程序和人機(jī)交互界面的功能進(jìn)行了驗(yàn)證。
【圖文】：

使用壽命短，難以與傳統(tǒng)光伏電池競(jìng)爭(zhēng)，該公司已申請(qǐng)破產(chǎn)保護(hù)[10]。韓國(guó)建國(guó)大學(xué)也研制出了高精度的 OPV 卷對(duì)卷涂布設(shè)備[11]，如圖 1-3(d)所示，該設(shè)備由收放卷機(jī)、干燥箱組成，，整個(gè)機(jī)身位于封閉的潔凈室內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn) OPV緩沖層及功能層的涂制，該設(shè)備采用閉環(huán)張力控制，速度范圍為 2～7m/min。國(guó)內(nèi)對(duì)于 OPV 卷對(duì)卷技術(shù)的研究很少，僅有中南大學(xué)張楚俊等人將卷對(duì)卷工藝用于涂布 ZnO 層的報(bào)道[12]。此外有一些企業(yè)從事卷對(duì)卷工藝設(shè)備相關(guān)業(yè)務(wù)，如 MAXCESS、康井精機(jī)、汕頭歐格等。MAXCESS 能夠提供卷對(duì)卷工藝所需的各種配件，并能提供針對(duì)特定工藝的整體解決方案，康井精機(jī)、汕頭歐格能提供卷對(duì)卷的涂布設(shè)備，但加工對(duì)象不是 OPV。

10（b）截面圖圖 2- 1 狹縫擠壓涂布原理圖狹縫擠壓涂布數(shù)學(xué)模型立涂布數(shù)學(xué)模型是為了研究涂布嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)以及運(yùn)行參數(shù)對(duì)涂布厚度的影響。于涂布過程中涂液進(jìn)口壓力不大，涂液粘性基本保持不變，流道尺般也很小，因此涂液可以看作連續(xù)不可壓縮的牛頓流體。按圖 2標(biāo)系，根據(jù)流體的連續(xù)性假設(shè)以及動(dòng)量守恒定理，對(duì)于二維阻流微團(tuán)有如下方程[42]：
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM914.4

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本文編號(hào)：2601677