钙钛矿层薄膜的成型方法、成型设备及其使用方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种钙钛矿层薄膜的成型方法、成型设备及其使用方法和应用，利用一管状腔体，管状腔体依次设置有基片进入段、沉积腔、过渡腔、退火腔以及基片取出段等五个部分，在管状腔体内设置传送装置，在沉积腔和退火腔分别设置有载物台、气压调节装置和加热装置，在相邻段与腔室以及各腔室之间分别利用隔板隔开，将待沉积薄膜的基片放置在基板架上，由传送装置从基片进入段开始，依次连续地通过沉积腔、过渡腔和退火腔后，最后从基片取出段的基板架上取出已沉积完钙钛矿层薄膜的基片，将沉积成膜和退火工艺结合在一起，实现钙钛矿层薄膜产品的连续性生产。利用本发明专利技术的设备制造的钙钛矿层薄膜晶体颗粒大小均匀、致密，具有良好的光电转换效率。

Molding method, molding equipment, using method and application of calcium titanium thin film

【技术实现步骤摘要】
钙钛矿层薄膜的成型方法、成型设备及其使用方法和应用
本专利技术属于钙钛矿层薄膜的
，特别涉及一种钙钛矿层薄膜的成型方法、成型设备及其使用方法和应用。
技术介绍
太阳能电池是一种光电转换器件，利用半导体的光伏效应将太阳能转化为电能。发展至今，太阳能发电已经成为除水力发电和风力发电之外最重要的可再生能源。现用于商业化的半导体有单晶硅、多晶硅、非晶硅、碲化镉、铜铟镓硒等等，但大多能耗大、成本高。近年来，一种钙钛矿太阳能电池受到广泛关注，这种钙钛矿太阳能电池以有机金属卤化物为光吸收层。钙钛矿为ABX3型的立方八面体结构，如图1所示。此种材料制备的薄膜太阳能电池工艺简便、生产成本低、稳定且转化率高，自2009年至今，光电转换效率从3.8%提升至22%以上，已高于商业化的晶硅太阳能电池且具有较大的成本优势。各种钙钛矿太阳能电池薄膜成型工艺可分为两大类：溶液法和气相法。溶液法操作简便，在常温常压下就可制备成膜，但所形成的钙钛矿薄均一性差，在膜微观结构中孔洞太多，漏电流大，严重影响太阳能电池的效率，且重复性差。因此此法不适合大规模、大尺寸生产。气相法有双源共蒸发法、气相辅助溶液法、化学气相沉积（CVD）等方法。如以CH3NH3I和PbCl2作为两个蒸发源，可制备得到钙钛矿薄膜。此法和溶液法相比，制备得到的薄膜更为均一。但此法需要高真空和较高的温度条件，提高了成本且无法大规模生产。因而提出了气相辅助溶液法来解决这一问题，制得了晶粒尺寸更大、覆盖更完整、表面粗糙度更小的钙钛矿薄膜。低压化学气相沉积（LPCVD）等方法也应用于制备钙钛矿薄膜，得到了性能较好的薄膜。现有的低压化学气相沉积法（LPCVD）在沉积过程中需要辅助气体，蒸发的含氮有机盐卤化物（AX）反应过程中沉积不均匀，基片的摆放位置会很大程度上影响薄膜性质，使得同一批次制备的薄膜性质出现差异；同时，不能在成膜后即进行退火或溶剂辅助退火工艺，无法实现连续性生产。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种钙钛矿层薄膜的成型方法、成型设备及其使用方法和应用，在不需要辅助气体的条件下制作钙钛矿层薄膜的反应物均匀成膜，并将气相-固相成膜和退火工艺结合在一起，实现钙钛矿层薄膜产品的连续性自动化生产。本专利技术是这样实现的，提供一种钙钛矿层薄膜的成型方法，利用一管状腔体，在所述管状腔体前后分别设置有基片进入段和基片取出段，所述管状腔体分别设置有若干沉积腔和/或过渡腔和/或退火腔，在所述沉积腔和退火腔中分别设置有载物台、气压调节装置和加热装置，所述加热装置对载物台中的反应物进行加热，所述反应物加热蒸发后其气体颗粒沉积到位于所在腔室中的基片表面上，在相邻段与腔室以及各腔室之间分别利用隔板隔开；所述成型方法包括以下步骤：将待沉积薄膜的基片放置在基板架上，由设置在管状腔体内的传送装置从基片进入段开始，依次连续地通过若干沉积腔、过渡腔和退火腔后，最后从基片取出段的基板架上取出已沉积完钙钛矿层薄膜的基片。本专利技术还公开了一种利用上述的钙钛矿层薄膜的成型方法原理制成的成型设备，包括管状腔体和传送装置，所述传送装置设置在管状腔体内，在所述管状腔体前后分别设置有基片进入段和基片取出段，所述管状腔体分别设置有若干沉积腔和/或过渡腔和/或退火腔，在所述沉积腔中设置有放置沉积反应物的载物台，在所述退火腔中设置有放置退火辅助溶剂的载物台，在所述沉积腔和退火腔中还分别设置有放置气压调节装置和加热装置，所述加热装置分别对载物台中的沉积反应物和退火辅助溶剂进行加热，所述沉积反应物和退火辅助溶剂加热蒸发后其气体颗粒沉积到位于所在腔室中的待沉积薄膜的基片表面上，在相邻段与腔室以及各腔室之间分别利用隔板隔开；待沉积薄膜的基片放置在基板架上，由传送装置从基片进入段开始，依次连续地通过若干沉积腔和/或过渡腔和/或退火腔后，最后从基片取出段的基板架上取出已沉积完钙钛矿层薄膜的基片。进一步地，所述传送装置包括传送带，所述基板架设置在传送带上；所述传送带设置在载物台的正上方，所述基片的待沉积面朝下正对载物台。进一步地，在所述基板架的中部设置有放置基片的凹槽，所述凹槽的中部设置有凹槽孔，所述凹槽略大于基片，所述凹槽孔略小于基片的待沉积表面，在所述基板架的两边装有可横向移动的活动的基片固定板用于固定基片的位置，所述基片固定板固定在基片的背面。进一步地，在所述载物台上部设置有分流隔板，在所述分流隔板上设置有多个分流孔，所述载物台蒸发的反应物气体经过分流隔板后再到达基片表面。进一步地，所述加热装置包括位于沉积腔的上加热板和下加热板，以及位于退火腔的上加热板和下加热板，所述沉积腔的上加热板和退火腔的上加热板分别给基板架上的基片加热，所述沉积腔的下加热板和退火腔的下加热板分别给所在腔室的载物台中的沉积反应物和退火辅助溶剂进行加热；所述沉积腔的上加热板和退火腔的上加热板的温度控制在30℃~150℃，所述沉积腔的载物台温度控制在100℃~200℃，所述退火腔的载物台的温度控制在30℃~200℃。进一步地，在所述待沉积薄膜的基片表面上预先处理上前体BX2，所述沉积腔载物台中的沉积反应物为AX，所述基片沉积得到的钙钛矿层薄膜的分子结构为ABX3，其中A为胺基、脒基或者碱族中的至少一种，B为铅、锡、钨、铜、锌、镓、锗、砷、硒、铑、钯、银、镉、铟、锑、锇、铱、铂、金、汞、铊、铋、钋中至少一种的阳离子，X为碘、溴、氯、砹中的至少一种的阴离子；所述退火腔载物台中的退火辅助溶剂为酰胺类溶剂、砜类/亚砜类溶剂、酯类溶剂、烃类、卤代烃类溶剂、醇类溶剂、酮类溶剂、醚类溶剂、芳香烃溶剂中的任意一种；所述沉积腔的反应时间控制在5min~2h，所述退火腔的反应时间控制在5min~2h。本专利技术还公开了一种如前述的钙钛矿层薄膜的成型设备的使用方法，该使用方法包含以下步骤：第一步骤，制备沉积表面含有前体BX2的基片；第二步骤，将沉积有前体BX2的若干基片放置于基板架上，打开沉积腔的进入隔板，将带有基片的基板架经基片进入段由传送装置传送至沉积腔内进行薄膜成型，待基板架进入沉积腔后关闭沉积腔的进入隔板；将下一批次待沉积的基片放置于另一基板架中，传送至基片进入段中等待下一循环；第三步骤，在沉积腔载物台上放置AX，通过气压调节装置控制沉积腔中的气体压力，气体压力范围为10-5Pa~105Pa；控制沉积腔的加热装置的温度和时间，使得放置于载物台上的AX被加热蒸发为气体，AX的气体颗粒与基片上的前体BX2发生反应，生成ABX3型钙钛矿薄膜；第四步骤，打开沉积腔的排出隔板，将前述沉积有钙钛矿的基片传送至过渡腔，关闭沉积腔的排出隔板；打开沉积腔的进入隔板，将另一待沉积的基片经传送装置传送至沉积腔，再次进行第三步骤，开始另一沉积工作循环；第五步骤，打开退火腔的进入隔板，利用传输装置将已成膜的基片传送至退火腔内；在退火腔的载物台上加入退火溶剂；待基板架进入后关闭前述隔板；第六步骤，通过气压调节装置控制退火腔的压力在10-5Pa~105Pa之间的某一值；退火腔的加热装置的温度在30℃~200℃之间的某一值；放置于载物台上的退火溶剂被加热蒸发为气体，退火溶剂的气体颗粒辅助基片上的ABX3型钙钛矿薄膜进一步反应结晶，完成退火处理；第七步骤，打开退火腔的排出隔板，基板架由传送装置传本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钙钛矿层薄膜的成型方法，其特征在于，利用一管状腔体，在所述管状腔体前后分别设置有基片进入段和基片取出段，所述管状腔体分别设置有若干沉积腔和/或过渡腔和/或退火腔，在所述沉积腔和退火腔中分别设置有载物台、气压调节装置和加热装置，所述加热装置对载物台中的反应物进行加热，所述反应物加热蒸发后其气体颗粒沉积到位于所在腔室中的基片表面上，在相邻段与腔室以及各腔室之间分别利用隔板隔开；所述成型方法包括以下步骤：将待沉积薄膜的基片放置在基板架上，由设置在管状腔体内的传送装置从基片进入段开始，依次连续地通过若干沉积腔、过渡腔和退火腔后，最后从基片取出段的基板架上取出已沉积完钙钛矿层薄膜的基片。

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿层薄膜的成型方法，其特征在于，利用一管状腔体，在所述管状腔体前后分别设置有基片进入段和基片取出段，所述管状腔体分别设置有若干沉积腔和/或过渡腔和/或退火腔，在所述沉积腔和退火腔中分别设置有载物台、气压调节装置和加热装置，所述加热装置对载物台中的反应物进行加热，所述反应物加热蒸发后其气体颗粒沉积到位于所在腔室中的基片表面上，在相邻段与腔室以及各腔室之间分别利用隔板隔开；所述成型方法包括以下步骤：将待沉积薄膜的基片放置在基板架上，由设置在管状腔体内的传送装置从基片进入段开始，依次连续地通过若干沉积腔、过渡腔和退火腔后，最后从基片取出段的基板架上取出已沉积完钙钛矿层薄膜的基片。2.利用如权利要求1所述的钙钛矿层薄膜的成型方法原理制成的成型设备，其特征在于，包括管状腔体和传送装置，所述传送装置设置在管状腔体内，在所述管状腔体前后分别设置有基片进入段和基片取出段，所述管状腔体分别设置有若干沉积腔和/或过渡腔和/或退火腔，在所述沉积腔中设置有放置沉积反应物的载物台，在所述退火腔中设置有放置退火辅助溶剂的载物台，在所述沉积腔和退火腔中还分别设置气压调节装置和加热装置，所述加热装置分别对载物台中的沉积反应物和退火辅助溶剂进行加热，所述沉积反应物和退火辅助溶剂加热蒸发后其气体颗粒沉积到位于所在腔室中的待沉积薄膜的基片表面上，在相邻段与腔室以及各腔室之间分别利用隔板隔开；待沉积薄膜的基片放置在基板架上，由传送装置从基片进入段开始，依次连续地通过若干沉积腔和/或过渡腔和/或退火腔后，最后从基片取出段的基板架上取出已沉积完钙钛矿层薄膜的基片。3.如权利要求2所述的钙钛矿层薄膜的成型方法原理制成的成型设备，其特征在于，所述传送装置包括传送带，所述基板架设置在传送带上；所述传送带设置在载物台的正上方，所述基片的待沉积面朝下正对载物台。4.如权利要求3所述的钙钛矿层薄膜的成型方法原理制成的成型设备，其特征在于，在所述基板架的中部设置有放置基片的凹槽，所述凹槽的中部设置有凹槽孔，所述凹槽略大于基片，所述凹槽孔略小于基片的待沉积表面，在所述基板架的两边装有可横向移动的活动的基片固定板用于固定基片的位置，所述基片固定板固定在基片的背面。5.如权利要求2所述的钙钛矿层薄膜的成型方法原理制成的成型设备，其特征在于，在所述载物台上部设置有分流隔板，在所述分流隔板上设置有多个分流孔，所述载物台蒸发的反应物气体经过分流隔板后再到达基片表面。6.如权利要求2所述的钙钛矿层薄膜的成型方法原理制成的成型设备，其特征在于，所述加热装置包括位于沉积腔的上加热板和下加热板，以及位于退火腔的上加热板和下加热板，所述沉积腔的上加热板和退火腔的上加热板分别给基板架上的基片加热，所述沉积腔的下加热板和退火腔的下加热板分别给所在腔室的载物台中的沉积反应物和退火辅助溶剂进行加热；所述沉积腔的上加热板和退火腔的上加热板的温度控制在30℃~150℃，所述沉积腔的载物台温度控制在100℃~200℃，所述退火腔的载物台的温度控制在30℃~200℃。7.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚冀众，颜步一，
申请(专利权)人：杭州纤纳光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33