一种制备大面积钙钛矿薄膜的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及太阳电池技术领域，尤其涉及一种制备大面积钙钛矿薄膜的装置和方法。装置包括真空腔体以及快速抽真空泵组，真空腔内设有带小孔的金属平面电极，金属电极后排列红外石英加热管,红外辐射通过小孔能起到均匀红外光的效果。平面电极和基底中间还有用于降低等离子轰击效果的金属网。真空腔体还带有一个补充惰性气体的微量控制阀门。经过旋涂或者涂布的钙钛矿湿膜进入腔体后，腔体快速降低压强到5Pa左右，湿膜中的溶剂大部分挥发，此时开启微量阀门补充惰性气体，维持腔体压强稳定，开启射频电源，形成等离子体，促进薄膜结晶，之后，腔体放气，然后开启红外辐射1‑5分钟进一步促进钙钛矿的生成。

【技术实现步骤摘要】
一种制备大面积钙钛矿薄膜的装置和方法
本专利技术涉及太阳电池
，尤其涉及一种制备大面积钙钛矿薄膜的装置和方法。
技术介绍
钙钛矿太阳电池的小面积效率已经超过了25％，但是，几乎所有公开报道的文献中，都使用了反溶剂旋涂或者两步旋涂的方法。特别是反溶剂法，需要在旋涂的过程中滴加反溶剂促进钙钛矿薄膜的生成，这个过程无法放大到5*5cm以上的尺寸。而钙钛矿太阳电池商业化需要制备大面积的钙钛矿薄膜，因此需要新的技术用以制备高品质大面积钙钛矿薄膜。减压蒸馏法利用真空去除钙钛矿湿膜中的溶剂，利用过饱和度促进钙钛矿晶核的生成，并退火形成钙钛矿薄膜，这种方法是一种可能的大面积制备方法，如CN105239054A。但是，单纯的减压蒸馏法仅仅是利用过饱和度推动湿膜成核。其推动力显然比不上反溶剂法，因此效率也低于反溶剂法制备的钙钛矿薄膜。专利CN209619436U联合了反溶剂法和减压蒸馏法，起到了较好的效果，但是，反溶剂蒸汽挥发的不均匀性必然会导致薄膜产生不均匀性的问题。因此，需要开发一种物理方法，进而进一步推动钙钛矿湿膜成核和结晶。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种制备大面积钙钛矿薄膜的装置及方法，实现钙钛矿太阳电池的规模化生产。一种制备大面积钙钛矿薄膜的装置，包括一个真空腔体(1)以及相应的快速抽真空的泵组(2)，快速抽真空的泵组(2)连接到真空腔体(1)的顶部中间，真空腔体(1)内上部设有带小孔的金属平面电极(3)，金属电极(3)通过导线连接射频电源(4)(13.56MHZ)，电极(3)后平行排列红外石英加热管(5)，红外石英加热管(5)通过隔离开关(6)连接到供电电源，平面电极(3)和基底(7)中间还有用于降低等离子轰击效果的金属网(8)。真空腔体(1)还带有一个可以补充惰性气体用于控制压强恒定的微量控制阀门(9)。进一步的，快速真空泵是级联泵，或者多组并联，以达到快速降低压强的的目的。进一步的，金属平面电极上带有小孔，正对着石英加热管的小孔直径为4-5mm，石英加热管之间的小孔直径为8-10mm，小孔间距为4-5mm，用以实现红外辐射可以通过小孔均匀的照射到样品上。进一步的，石英加热管带有一个隔离开关，射频运行时隔离开关关闭，以防止射频或微波通过石英加热管溢出。进一步的，金属平面电极连接射频电源(13.56MHZ)。进一步的，金属网格的金属丝直径为0.1mm，金属网格为1cm正方形。金属网接地或者加一个可以提供偏压的电源。进一步的，真空腔体还带有一个微量气体阀，可以通入惰性气体，用于维持压强恒定。一种制备大面积钙钛矿太阳电池的装置及方法，其有如下流程：(1)将钙钛矿湿膜放置入真空腔体。湿膜厚度约2um，制备方法为涂布或者旋涂；(2)开启真空泵，系统真空快速下降，等系统真空达到50-60Pa时，开启微量控制阀，给系统补气，继续抽气，等系统真空稳定到5-10Pa左右。此时，钙钛矿湿膜中大部分溶剂挥发，过饱和度推动钙钛矿湿膜内部形成钙钛矿晶核。(3)关闭石英管的隔离开关，彻底隔离石英加热管的电源和真空腔体内部连接，开启射频电源，形成等离子体。维持10-20s，此时，由于等离子体的作用，进一步促进钙钛矿薄膜的成核及实现晶核的长大。(4)关闭射频电源，打开石英加热管的隔离开关，真空腔体放气到大气压，同时，开启红外石英加热管加热，维持1-5分钟，形成钙钛矿薄膜。(5)关闭红外辐射，钙钛矿薄膜移出腔体。有益效果：经过旋涂或者涂布的钙钛矿湿膜进入腔体后，腔体快速降低压强，湿膜中的溶剂大部分挥发，然后开启微量阀门补充惰性气体，维持腔体压强稳定，开启射频电源，形成等离子体，促进薄膜结晶，金属网格接地或者偏压起到阻止粒子轰击的效果，之后，腔体放气，然后开启红外辐射1-5分钟促进钙钛矿的生成。红外辐射通过小孔能起到均匀红外光的效果，均匀的红外辐射场有助于形成均匀的钙钛矿薄膜。附图说明图1为本专利技术装置结构示意图，其中，1-真空腔体，2-快速抽真空的泵组3-带小孔的金属平面电极，4-射频电源，5-红外石英加热管，6-隔离开关，7-基底，8-金属网，9-微量控制阀门。图2为对比实施例1和实施例1的X-射线衍射谱图。图3为对比实施例1和实施例1的钙钛矿薄膜的表面扫描电镜图。图4为对比实施例1和实施例1的钙钛矿太阳电池性能曲线。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本专利技术的基本结构，因此其仅显示与本专利技术有关的构成。实施例1本实施例以10cm*10cm基片为例，1.在一块10*10cm的FTO/TiO2基底上涂布钙钛矿前驱体溶液，形成钙钛矿湿膜。膜厚大约2um，所使用的方法为狭缝涂布。钙钛矿前驱溶液的组分为：Cs0.1FA0.85MA0.05PbI3，浓度为1.35M，溶剂及配比为(DMF:DMSO＝4:1)。2.将此湿膜转移到真空腔体内部，真空腔内部尺寸为：长15厘米*宽15厘米*高10厘米，关闭真空腔的门。其中，真空腔顶部设有带小孔的金属平面电极，金属平面电极上带有小孔，金属电极后排列红外辐射管，基于本实施例，石英管排列两根，每一根石英管的功率为400W，正对着红外辐射管的小孔直径5mm，介于红外辐射管之间的小孔直径10mm，小孔间距为5mm。金属平面电极与基片之间设置金属网，金属丝直径为0.1mm，金属网格尺寸为1平方厘米。3.开启真空泵组，系统抽真空，大约15s后系统真空降到50Pa时，开启微量气体阀门，通入氩气，流量大约为0.5sccm，此时形成钙钛矿中间相薄膜。4.大约30s后，系统真空降低到5Pa左右，此时打开石英管的隔离开关，并打开射频电源功率大约5W左右，维持15s，关闭射频电源。钙钛矿中间相薄膜由于受到等离子体的给予的能量，钙钛矿中间相薄膜将形成更多的晶核并促使晶核的生长。5.系统快速放气，达到大气压，同时关闭石英加热管的隔离开关，之后，打开石英加热管的功率调节器电源，调节电源输出功率为80％，此时，样品附近的温度大约为150度，大约维持2分钟。此时形成钙钛矿薄膜。6.关闭石英加热管，薄膜移出腔体。图2和图3是实施例1和对比实施例1中钙钛矿薄膜的X射线衍射图及表面扫描电镜图，从图2和图3可以看出，实施例1中的钙钛矿薄膜的衍射峰具有更高的强度，及更大更均匀的晶粒。从图4可以看出基于本专利技术制备的钙钛矿太阳电池比使用反溶剂法具有更高的效率。实施例2本实施例以10cm*10cm基片为例，1.在一块10*10cm的FTO/TiO2基底上涂布钙钛矿前驱体溶液，形成钙钛矿湿膜。膜厚大约2um，所使用的方法为狭缝涂布。钙钛矿前驱溶液的组分为：Cs0.1FA0.85MA0.05PbI3，浓度为1.35M，溶剂及配比为(DMF:DMSO＝4:1)。2.将此湿膜转移到真空腔体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备大面积钙钛矿薄膜的装置，其特征在于，所述装置包括真空腔体(1)以及连接到真空腔体顶部中间的快速抽真空的泵组(2)，真空腔体(1)内上部设有带小孔的金属平面电极(3)，金属电极(3)通过导线连接射频电源(4)，电极(3)后平行排列红外石英加热管(5)，红外石英加热管(5)通过隔离开关(6)连接到供电电源，平面电极(3)和基底(7)中间还有用于降低等离子轰击效果的金属网(8)，真空腔体(1)还带有一个可以补充惰性气体用于控制压强恒定的微量控制阀门(9)。/n

【技术特征摘要】
1.一种制备大面积钙钛矿薄膜的装置，其特征在于，所述装置包括真空腔体(1)以及连接到真空腔体顶部中间的快速抽真空的泵组(2)，真空腔体(1)内上部设有带小孔的金属平面电极(3)，金属电极(3)通过导线连接射频电源(4)，电极(3)后平行排列红外石英加热管(5)，红外石英加热管(5)通过隔离开关(6)连接到供电电源，平面电极(3)和基底(7)中间还有用于降低等离子轰击效果的金属网(8)，真空腔体(1)还带有一个可以补充惰性气体用于控制压强恒定的微量控制阀门(9)。


2.根据权利要求1所述的制备大面积钙钛矿薄膜的装置，其特征在于，快速抽真空的泵组为级联泵，或者多组并联。


3.根据权利要求1所述的制备大面积钙钛矿薄膜的装置，其特征在于，金属平面电极上的小孔，正对着石英加热管的小孔直径为4-5mm，石英管之间的小孔直径为8-10mm，小孔间距为4-5mm。


4.根据权利要求1所述的制备大面积钙钛矿薄膜的装置，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁宁一，王书博，丁建宁，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32