制备钙钛矿吸收层的设备和方法及其应用技术

本发明专利技术公开了制备钙钛矿吸收层的设备和方法及其应用，制备钙钛矿吸收层的设备包括：无机腔室、沉积腔室和有机腔室，所述无机腔室上设有第一进气口和第一压力调节口，所述无机腔室内设有第一蒸发舟，所述第一蒸发舟上盛放无机前驱物；所述沉积腔室与所述无机腔室连通，所述沉积腔室与所述无机腔室的连接处设有第一阀门，所述沉积腔室内设有基底载台，所述基底载台上方设有可转动地挡板，所述基底载台的倾角可调，并且所述沉积腔室上设有排气口；所述有机腔室与所述沉积腔室连通，所述有机腔室与所述沉积腔室的连接处设有第二阀门，所述有机腔室上设有第二进气口和第二压力调节口，所述有机腔室内设有第二蒸发舟，所述第二蒸发舟上盛放有机前驱物。舟上盛放有机前驱物。舟上盛放有机前驱物。

【技术实现步骤摘要】
制备钙钛矿吸收层的设备和方法及其应用


[0001]本专利技术属于钙钛矿太阳能电池领域，具体涉及一种制备钙钛矿吸收层的设备和方法及其应用。

技术介绍

[0002]太阳能是一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，钙钛矿太阳能电池是近些年发展起来的一种新型太阳能电池。由于钙钛矿新型太阳能电池对可见光吸收高、成膜工艺简单、光电转换效率提升快而受到全世界的关注。
[0003]目前制备钙钛矿太阳电池的方法有很多，如旋涂法、真空法、刮涂法及喷涂法等。这些方法可大致分为溶液法和真空法，溶液法就是把钙钛矿的前驱体材料全部溶解在N,N
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二甲基甲酰胺(DMF)或二甲基亚砜(DMSO)等有机溶剂中，通过旋涂法、刮涂法、喷涂法或狭缝涂布法(Slot
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die)等制备钙钛矿膜层；而真空法则是通过热蒸发法、溅射法或近空间升华法等在真空状态下把钙钛矿的前驱体材料直接制备到衬底上，全程没有溶剂参与。溶液法很难在粗糙或有缺陷的衬底上实现完全覆盖，因此并不适合在绒面基底及不平整基底上制备均匀的膜层。真空法可在不同粗糙度或形貌的衬底上保形沉积钙钛矿膜层，但是传统的真空蒸发法不容易精准控制各组分比例。
[0004]对于钙钛矿太阳能电池来说，其结构相当于薄膜电池，每一层都是一层薄膜，当电池面积增大时，整个薄膜的均匀性要达到非常好的质量是比较困难的，并且就钙钛矿材料本身，是一个多晶材料，容易引入缺陷，在薄膜中造成严重的复合。如何制备出大面积均匀致密的薄膜是一个要解决的关键问题。
[0005]制备钙钛矿膜层的现有技术主要集中在溶液法和真空蒸发法。由于溶液具有流动性，如果采用溶液法在绒面基底或具有较大粗糙度的不平整基底上制备钙钛矿膜层，则会在绒面顶部或颗粒凸起处形成较薄膜层甚至是有孔洞的膜层，进而导致制备的钙钛矿膜层有大量的针孔或孔洞。因此溶液法只适用于旋涂法制备小面积的钙钛矿电池或在较小面积基底上刮涂或狭缝涂布(Slot
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die)制备小型钙钛矿组件，但并不适合在绒面基底及不平整基底上制备均匀的钙钛矿薄膜。此外，溶液法制备钙钛矿膜层过程中，会引入溶剂，在生产上不仅会增加一步加溶剂和去除溶剂的过程，而且大量溶剂挥发会造成环境污染，不易实现绿色生产。而真空蒸发法不容易精准控制各组分比例，且不容易连续给料。
[0006]因此，现有的制备钙钛矿膜层的技术有待改进。

技术实现思路

[0007]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种制备钙钛矿吸收层的设备和方法及其应用，采用该设备制备钙钛矿吸收层不依赖基底的平整度，可在绒面基底上或具有较大粗糙度的基底上制备大面积均匀的钙钛矿膜层，并且采用该设备可以得到同时掺杂有机成分和无机成分，大大提高钙钛矿太阳能电池的稳定性。
[0008]在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种制备钙钛矿吸收层的设备。根据本专利技术的实施例，所述设备包括：
[0009]无机腔室，所述无机腔室上设有第一进气口和第一压力调节口，并且所述无机腔室内设有第一蒸发舟，所述第一蒸发舟上盛放无机前驱物；
[0010]沉积腔室，所述沉积腔室与所述无机腔室连通，所述沉积腔室与所述无机腔室的连接处设有第一阀门，所述沉积腔室内设有基底载台，所述基底载台上方设有可转动地挡板，所述基底载台的倾角可调，并且所述沉积腔室上设有排气口；
[0011]有机腔室，所述有机腔室与所述沉积腔室连通，并且所述有机腔室与所述沉积腔室的连接处设有第二阀门，所述有机腔室上设有第二进气口和第二压力调节口，所述有机腔室内设有第二蒸发舟，所述第二蒸发舟上盛放有机前驱物。
[0012]根据本专利技术实施例的制备钙钛矿吸收层的设备，通过采用依次连通的无机腔室、沉积腔室和有机腔室，无机腔室内设有第一蒸发舟，该第一蒸发舟上盛放无机前驱物；同时有机腔室内设有第二蒸发舟，该第二蒸发舟上盛放有机前驱物，沉积腔室内设有基底载台，并且基底载台的倾角可调，例如在需要沉积无机物层时，关闭有机腔室和沉积腔室连接处的第二阀门，打开沉积腔室和无机腔室连接处的第一阀门，无机腔室内第一蒸发舟上的无机前驱物蒸发进入沉积腔室，在基底载台上的基底上沉积无机物层，无机物层沉积完毕后，关闭沉积腔室和无机腔室连接处的第一阀门，打开有机腔室和沉积腔室连接处的第二阀门，有机腔室内的第二蒸发舟上的有机前驱物蒸发进入沉积腔室，在无机物层上沉积有机物层，或先开启有机腔室在基底上先沉积有机物层，再开启无机腔室在有机物层上沉积无机物层，并且也可以根据需要在基底上沉积多层有机物层和多层无机物层，最后开启基底载台上的控温组件，使得无机物层和有机物层发生反应，同时掺杂有机成分和无机成分，大大提高钙钛矿太阳能电池的稳定性。同时本申请的设备在基底上形成有机物层和/或无机物层采用的均为沉积方式，因此制备钙钛矿吸收层不依赖基底的平整度，可在绒面基底上或具有较大粗糙度的基底上制备大面积均匀的钙钛矿膜层。另外本申请的无机腔室和有机腔室上均设有压力调节口，并且基底载台的倾角可调，即可精确控制无机前驱物和有机前驱物的掺杂含量，使得无机物层和有机物层可以充分反应，从而获得高质量的钙钛矿晶体薄膜。
[0013]另外，根据本专利技术上述实施例的制备钙钛矿吸收层的设备还可以具有如下附加的技术特征：
[0014]在本专利技术的一些实施例中，所述无机腔室、所述沉积腔室和所述有机腔室中分别独立地设有压力检测仪。由此，可以实现无机前驱物和/或有机前驱物含量的精确掺杂，使得无机物层和有机物层可以充分反应，从而获得高质量的钙钛矿晶体薄膜。
[0015]在本专利技术的一些实施例中，所述基底载台在倾角为
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45度～45度之间可调。由此，可以在基底上形成分布均匀的薄膜。
[0016]在本专利技术的一些实施例中，所述基底载台可旋转布置，并且所述基底载台上设有沉积速率和膜厚监控仪。由此，可以在基底上形成分布均匀的薄膜。
[0017]在本专利技术的一些实施例中，所述无机腔室内设有多个所述第一蒸发舟，所述有机腔室内设有多个所述第二蒸发舟。由此，可以实现多种无机组分和多种有机组分的掺杂，大大提高钙钛矿太阳能电池的稳定性。
[0018]在本专利技术的一些实施例中，所述第一蒸发舟、所述第二蒸发舟和所述基底载台上分别独立地设有温控组件。由此，可以实现无机组分和有机组分的精确掺杂。
[0019]在本专利技术的一些实施例中，上述制备钙钛矿吸收层的设备进一步包括：准备腔室，所述准备腔室设在所述沉积腔室的上游，并且所述准备腔室与所述沉积腔室连通，所述准备腔室与所述沉积腔室的连接处设有第三阀门；出片腔室，所述出片腔室设在所述沉积腔室的下游，并且所述出片腔室与所述沉积腔室连通，所述出片腔室与所述沉积腔室的连接处设有第四阀门。由此，可以实现该设备的连续化生产。
[0020]在本专利技术的第二个方面，本专利技术提出了一种利用上述的设备制备钙钛矿吸收层的方法。根据本专利技术的实施例，所述方法包括：
[0021](1)将基底放置在所述基底载台上；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备钙钛矿吸收层的设备，其特征在于，包括：无机腔室，所述无机腔室上设有第一进气口和第一压力调节口，并且所述无机腔室内设有第一蒸发舟，所述第一蒸发舟上盛放无机前驱物；沉积腔室，所述沉积腔室与所述无机腔室连通，所述沉积腔室与所述无机腔室的连接处设有第一阀门，所述沉积腔室内设有基底载台，所述基底载台上方设有可转动地挡板，所述基底载台的倾角可调，并且所述沉积腔室上设有排气口；有机腔室，所述有机腔室与所述沉积腔室连通，并且所述有机腔室与所述沉积腔室的连接处设有第二阀门，所述有机腔室上设有第二进气口和第二压力调节口，所述有机腔室内设有第二蒸发舟，所述第二蒸发舟上盛放有机前驱物。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述无机腔室、所述沉积腔室和所述有机腔室中分别独立地设有压力检测仪。3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述基底载台在倾角为
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45度～45度之间可调。4.根据权利要求1或3所述的设备，其特征在于，所述基底载台可旋转布置，并且所述基底载台上设有沉积速率和膜厚监控仪。5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述无机腔室内设有多个所述第一蒸发舟，所述有机腔室内设有多个所述第二蒸发舟；任选地，所述第一蒸发舟、所述第二蒸发舟和所述基底载台上分别独立地设有温控组件。6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括：准备腔室，所述准备腔室设在所述沉积腔室的上游，并且所述准备腔室与所述沉积腔室连通，所述准备腔室与所述沉积腔室的连接处设有第三阀门；出片腔室，所述出片腔室设在所述沉积腔室的下游，并且所述出片腔室与所述沉积腔室连通，所述出片腔室与所述沉积腔室的连接处设有第四阀门。7.一种利用权利要求1
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6中任一项所述的设备制备钙钛矿吸收层的方法，其特征在于，包括：(1)将基底放置在所述基底载台上；(2)在所述基底上形成有机物层和无机物层；(...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明洁，王雪戈，吴俊杰，邵君，于振瑞，
申请(专利权)人：无锡极电光能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：