一种太阳能电池薄膜的制备设备及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种太阳能电池薄膜的制备设备，包括蒸镀舱，在蒸镀舱的内底面设置至少一个蒸发源容器及其容器挡板，在蒸发源容器内放置有用于制备太阳能电池薄膜的蒸发物，在蒸发源容器上设置有加热蒸发装置使得其内的蒸发物被加热蒸发；在蒸镀舱的内顶面设置上加热台和样品挡板，上加热台给基片样品加热，样品挡板设置在基片样品的下部；在蒸镀舱上还设置有真空抽气管道以及用于测试蒸发物蒸发量的蒸发速率传感器，蒸发速率传感器设置在蒸发源容器的上方且位于样品挡板与容器挡板之间。本发明专利技术还涉及一种太阳能电池薄膜的制备方法以及太阳能电池的制备方法。本发明专利技术制备出的混合型钙钛矿薄膜材料结晶质量良好、致密均匀，适合大规模产业化的生产。

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能电池薄膜的制备设备及其制备方法
本专利技术属于钙钛矿薄膜太阳能电池制造
，特别涉及一种太阳能电池薄膜的制备设备及其制备方法。
技术介绍
当前，人类发展面临着化石能源日益紧缺和环境污染愈发严重的双重压力，开发可再生型新能源势在必行。在各种新能源技术中，光伏发电无疑是最具前景的方向之一。在众多的太阳能电池里，钙钛矿太阳能电池自2009年首次报道至今，其光电转化效率已从最初的3.8％跃升至22.1％(NRELchart，http://www.nrel.gov/ncpv/images/efficiency_chart.jpg.)，成为光伏行业的一颗“新星”。这种基于钙钛矿结构的有机金属卤化物ABX3(常见的组成为A＝甲胺(CH3NH3+(MA))、甲脒(CH3(NH2)2+(FA))、铯(Cs+)、铷(Rb+)；B＝铅(Pb2+)、锡(Sn2+)、锗(Ge2+)；X＝氯(Cl-)、溴(Br-)、碘(I-))不仅具有优异的光电性能，还可实现低温溶液法制备，且原料丰富，成本低廉，其电池组件的制造成本有望达到目前晶硅太阳能电池的1/3-1/5，显示出巨大的商业价值。在钙钛矿太阳能电池中，钙钛矿薄膜质量的好坏直接影响电池性能的优劣。目前，钙钛矿薄膜的制备方法主要分为两大类：溶液法和气相法。溶液法分为一步溶液法和两步溶液法。由于一步溶液法不能控制钙钛矿薄膜的结晶过程，故而薄膜的均匀性和重复性较差。两步溶液法在制备时对操作手法要求较高，且材料用量大，不适合大尺寸组件的生产。气相法主要包括：双源气相沉积法、化学气相沉积法等。由于气相法制备的钙钛矿薄膜结晶质量好，均匀致密，可实现规模化生产，因而在钙钛矿产业化的进程中极具潜力，并已在其他类型的薄膜太阳能电池，如铜铟镓硒(CIGS)、碲化镉(CdTe)、砷化镓(GaAs)等薄膜太阳能电池的工业化生产中得到广泛应用。在已经报道的用气相法制备钙钛矿薄膜的工作中，双源气相沉积法因要求高真空，且碘化铅(PbI2)气体有毒，需严格控制蒸镀室的密闭性，因而增加了制备工艺的成本。化学气相沉积法在沉积过程中需要辅助气体，使得蒸发的AX(A＝MA、FA、Cs、Rb等，X＝Cl、Br、I等)前驱物容易出现沉积不均匀的问题，且基片的摆放位置也会影响薄膜质量，造成同批次样品的薄膜质量可能不一致的问题。另一方面，从钙钛矿材料本身来讲，当前使用最多的钙钛矿材料是MAPbI3，此种材料虽易于制备，但器件效率一直没有进入高效率(大于20％)行列，且对水、氧的敏感度较高。FAPbI3的禁带宽度更接近理想带宽，但其室温下就会发生相转变，生成无光活性的“黄相”(δ相)，因此，一个成功的策略是将MA和FA共混，制备MAxFA(1-x)PbX3混合型钙钛矿材料，其材料稳定性和电池效率都有所提升。(JeonN.J.，NohJ.H.，SeokS.I.etal.Compositionalengineeringofperovskitematerialsforhigh-performancesolarcells[J].Nature，2015，517(7535):476-80)。然而MA/FA共混钙钛矿材料的稳定性还是不能满足要求，为此将金属离子铯(Cs)引入钙钛矿体系，制备ABX3中A位的三相共混型钙钛矿材料，可以进一步提高钙钛矿电池的效率和稳定性。(MichaelSalibaetal.Cesium-containingTripleCationPerovskiteSolarCells:ImprovedStability，ReproducibilityandHighEfficiency[J].EnergyEnviron.Sci.，2016，9，1989-1997)。然而，目前制备上述三相共混型钙钛矿薄膜都是采用溶液法制备，还未见用气相法制备，而气相法相比溶液法可更精确地控制不同组分的含量，更少地受到水氧的影响，制备出的膜也更致密均匀，适合大规模产业化的生产。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种太阳能电池薄膜的制备设备及其制备方法，溶液辅助气相沉积法制备混合型钙钛矿薄膜，制备过程分两步进行，先在沉积有载流子传输层(空穴传输层或电子传输层)的基底上通过溶液法制备金属卤化物(BX2)薄膜，之后在制备好BX2薄膜的基片上将蒸发的前驱物AX分子通过气相沉积方式与金属卤化物BX2薄膜的分子反应生成混合型钙钛矿薄膜层，此混合型钙钛矿薄膜材料结晶质量良好、致密均匀。本专利技术是这样实现的，提供一种太阳能电池薄膜的制备设备，包括中空且密封的蒸镀舱，在所述蒸镀舱的内底面设置至少一个蒸发源容器及其容器挡板，在所述蒸发源容器内放置有用于制备太阳能电池薄膜的蒸发物，所述容器挡板设置在蒸发源容器的顶部并通过控制装置自动打开或关闭蒸发源容器，在所述蒸发源容器上设置有加热蒸发装置使得其内的蒸发物被加热蒸发，所述加热蒸发装置被控制装置所控制；在所述蒸镀舱的内顶面设置上加热台和样品挡板，在所述上加热台上设置了用于固定基片样品的样品夹，所述上加热台给基片样品加热，所述样品挡板设置在基片样品的下部，通过控制装置自动遮挡或显露基片样品；在所述蒸镀舱上还设置有真空抽气管道以及用于测试蒸发物蒸发量的蒸发速率传感器，所述蒸发速率传感器设置在蒸发源容器的上方且位于样品挡板与容器挡板之间。进一步地，在所述蒸镀舱的内底面设置有三个蒸发源容器及其容器挡板，在相邻两个蒸发源容器之间设置了可拆卸隔板，将三个蒸发源容器进行空间上的相互隔离，在所述每个蒸发源容器的上方均设置蒸发速率传感器。进一步地，在所述蒸镀舱的内顶面还设置有旋转轴，所述上加热台设置在旋转轴上，所述旋转轴带动上加热台和基片样品同时转动。进一步地，在所述蒸镀舱上还设置有用于测试蒸镀舱内真空度的压强传感器。本专利技术是这样实现的，还提供太阳能电池薄膜的制备方法，采用如前所述的太阳能电池薄膜的制备设备，所制备的是钙钛矿太阳能电池薄膜，包括如下步骤：先在沉积有载流子传输层的基片样品上通过溶液法制备金属卤化物BX2薄膜，之后将基片样品传送到蒸镀舱中，向蒸发源容器内加入直径在0.5-5mm范围内的筛选过的石英砂颗粒，铺满蒸发源容器的底部，厚度在1-20mm范围，然后向蒸发源容器中缓慢填充前驱物AX，开启加热蒸发装置给前驱物AX加热使其蒸发，并借助蒸发速率传感器时时监控其蒸发速率，开启上加热台给基片样品加热，基片样品的加热温度范围为50-100℃，蒸镀舱内的真空度控制在10-6Pa-105Pa之间，蒸发的前驱物AX分子通过气相沉积与金属卤化物BX2薄膜的分子反应生成混合型钙钛矿薄膜层；其中，BX2为二价金属卤化物，其中B为二价金属阳离子，包括铅、锡、钨、铜、锌、镓、锗、砷、硒、铑、钯、银、镉、铟、锑、锇、铱、铂、金、汞、铊、铋、钋中的任意一种，X为碘、溴、氯、砹中的至少一种阴离子，A为铯、铷、胺基、脒基或者碱族中至少一种阳离子。进一步地，所述前驱物AX蒸发速率控制在反应时间5-100min。本专利技术是这样实现的，还提供一种太阳能电池薄膜的制备方法，采用如前所述的太阳能电池薄膜的制备设备，所制备的是钙钛矿太阳能电池薄膜，包括如下步骤：先在沉积有载流子传输层的基片样品上通过溶液法制备金属卤化物BX2薄膜，之后将基片本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳能电池薄膜的制备设备，包括中空且密封的蒸镀舱，其特征在于，在所述蒸镀舱的内底面设置至少一个蒸发源容器及其容器挡板，在所述蒸发源容器内放置有用于制备太阳能电池薄膜的蒸发物，所述容器挡板设置在蒸发源容器的顶部并通过控制装置自动打开或关闭蒸发源容器，在所述蒸发源容器上设置有加热蒸发装置使得其内的蒸发物被加热蒸发，所述加热蒸发装置被控制装置所控制；在所述蒸镀舱的内顶面设置上加热台和样品挡板，在所述上加热台上设置了用于固定基片样品的样品夹，所述上加热台给基片样品加热，所述样品挡板设置在基片样品的下部，通过控制装置自动遮挡或显露基片样品；在所述蒸镀舱上还设置有真空抽气管道以及用于测试蒸发物蒸发量的蒸发速率传感器，所述蒸发速率传感器设置在蒸发源容器的上方且位于样品挡板与容器挡板之间。

【技术特征摘要】
1.一种太阳能电池薄膜的制备设备，包括中空且密封的蒸镀舱，其特征在于，在所述蒸镀舱的内底面设置至少一个蒸发源容器及其容器挡板，在所述蒸发源容器内放置有用于制备太阳能电池薄膜的蒸发物，所述容器挡板设置在蒸发源容器的顶部并通过控制装置自动打开或关闭蒸发源容器，在所述蒸发源容器上设置有加热蒸发装置使得其内的蒸发物被加热蒸发，所述加热蒸发装置被控制装置所控制；在所述蒸镀舱的内顶面设置上加热台和样品挡板，在所述上加热台上设置了用于固定基片样品的样品夹，所述上加热台给基片样品加热，所述样品挡板设置在基片样品的下部，通过控制装置自动遮挡或显露基片样品；在所述蒸镀舱上还设置有真空抽气管道以及用于测试蒸发物蒸发量的蒸发速率传感器，所述蒸发速率传感器设置在蒸发源容器的上方且位于样品挡板与容器挡板之间。2.如权利要求1所述的太阳能电池薄膜的制备设备，其特征在于，在所述蒸镀舱的内底面设置有三个蒸发源容器及其容器挡板，在相邻两个蒸发源容器之间设置了可拆卸隔板，将三个蒸发源容器进行空间上的相互隔离，在所述每个蒸发源容器的上方均设置蒸发速率传感器。3.如权利要求2所述的太阳能电池薄膜的制备设备，其特征在于，在所述蒸镀舱的内顶面还设置有旋转轴，所述上加热台设置在旋转轴上，所述旋转轴带动上加热台和基片样品同时转动。4.如权利要求2所述的太阳能电池薄膜的制备设备，其特征在于，在所述蒸镀舱上还设置有用于测试蒸镀舱内真空度的压强传感器。5.一种太阳能电池薄膜的制备方法，其特征在于，采用如权利要求1至4中任意一项所述的太阳能电池薄膜的制备设备，所制备的是钙钛矿太阳能电池薄膜，包括如下步骤：先在沉积有载流子传输层的基片样品上通过溶液法制备金属卤化物BX2薄膜，之后将基片样品传送到蒸镀舱中，向蒸发源容器内加入直径在0.5-5mm范围内的筛选过的石英砂颗粒，铺满蒸发源容器的底部，厚度在1-20mm范围，然后向蒸发源容器中缓慢填充前驱物AX，开启加热蒸发装置给前驱物AX加热使其蒸发，并借助蒸发速率传感器时时监控其蒸发速率，开启上加热台给基片样品加热，基片样品的加热温度范围为50-100℃，蒸镀舱内的真空度控制在10-6Pa-105Pa之间，蒸发的前驱物AX分子通过气相沉积与金属卤化物BX2薄膜的分子反应生成混合型钙钛矿薄膜层；其中，BX2为二价金属卤化物，其中B为二价金属阳离子，包括铅、锡、钨、铜、锌、镓、锗、砷、硒、铑、钯、银、镉、铟、锑、锇、铱、铂、金、汞、铊、铋、钋中的任意一种，X为碘、溴、氯、砹中的至少一种阴离子，A为铯、铷、胺基、脒基或者碱族中至少一种阳离子。6.如权利要求5所述的太阳能电池薄膜的其制备方法，其特征在于，所述前驱物AX蒸发速率控制在0-5Å/s，反应时间5-100min。7.一种太阳能电池薄膜的制备方法，其特征在于，采用如权利要求2至4中任意一项所述的太阳能电池薄膜的制备设备，所制备的是钙钛矿太阳能电池薄膜，包括如下步骤：先在沉积有载流子传输层的基片样品上通过溶液法制备金属卤化物BX2薄膜，之后将基片样品传送到蒸镀舱中，向三个蒸发源容器内分别加入直径在0.5-5mm范围内的筛选过的石英砂颗粒，铺满蒸发源容器的底部，厚度在1-20mm范围，然后将离子半径大、中、小的前驱物AX分别缓慢填充到三个蒸发源容器中；开启加热蒸发装置按照离子半径大、中、小的顺序，依次给各个前驱物AX加热使其蒸发，并借助蒸发速率传感器时时监控其蒸发速率，开启上加热台给基片样品加热，基片样品的加热温度范围为...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
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