一种限域热压制备大面积钙钛矿薄膜的设备和方法技术

本发明专利技术公开了一种限域热压制备大面积钙钛矿薄膜的设备和方法，所述设备包括：工作基台、热压组件、以及传动装置。工作基台用于放置基片。基台四周围栏结构和底部带有加热功能。且四周围栏结构可保证钙钛矿前驱体溶液不流出基台污染环境；热压组件其顶部圆柱结构作用是将钙钛矿前驱体溶液注入。底部由高密度小孔道组成，所有孔道均连向顶部注入结构。热压组件具有全局加热系统，使钙钛矿湿膜快速干燥形成钙钛矿薄膜；传动装置用于移动热压组件，可精准控制热压组件与工作基台上基片距离，从而形成不同厚度的钙钛矿薄膜。本设备结构简单，操作简便，对精度和密闭性要求低，可制备高质量的大面积钙钛矿薄膜。量的大面积钙钛矿薄膜。量的大面积钙钛矿薄膜。

【技术实现步骤摘要】
一种限域热压制备大面积钙钛矿薄膜的设备和方法


[0001]本专利技术属于钙钛矿太阳能电池，具体涉及一种限域热压制备大面积钙钛矿薄膜的设备和方法。

技术介绍

[0002]随着全球人口的迅速增长和经济的快速发展，能源需求大幅增加。但是，目前能源消耗大多来自于化石燃料，给地球带来了严重的环境污染和温室效应。因此，发展和有效利用太阳能、风能、地热能等可再生清洁能源已迫在眉睫。其中太阳能是取之不尽、用之不竭的清洁能源，而太阳能电池又是利用太阳能的有效手段之一。近年来，钙钛矿太阳能电池具有高效、低成本、可制成柔性器件等优点在光伏研究领域备受关注。成为可与硅晶电池相媲美的新一代太阳能电池。与晶硅太阳能电池相比，研究人员发现其钙钛矿太阳能电池具有较宽的吸光范围、极高的摩尔吸光系数、较长的电子和空穴扩散长度、以及可液相合成等优点，并且钙钛矿材料能够通过调整其化学组成改变其禁带宽度，从而得到不同光吸收区域及颜色可调的薄膜，使钙钛矿太阳能电池的应用范围更加广泛。
[0003]目前，在实验室阶段，针对钙钛矿太阳能电池的制备方法主要是通过旋涂制备。但其与工业化生产难以兼容，所需材料损耗较大，导致器件成本较高。而新开发的喷涂、刮涂、狭缝涂布等手段对设备精度和环境密闭性有着严格的要求，且工艺复杂度和成本都较高，不适用于大面积钙钛矿太阳能电池的工业化生产。

技术实现思路

[0004]为解决上述存在的问题，在本工作中，我们提供了一种限域热压制备大面积钙钛矿薄膜的设备和方法。利用该设备和方法可得到大面积、致密、均匀、平整、且厚度可控的高质量大面积钙钛矿薄膜。
[0005]本专利技术实施例的第一方面提供一种限域热压制备大面积钙钛矿薄膜的方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1，配置钙钛矿前驱体溶液；
[0007]步骤2，操作传动装置，控制热压组件与工作基台上的基片保持一定距离；
[0008]步骤3，将钙钛矿前驱体溶液注入热压组件的顶部，并使用助推器将钙钛矿前驱体溶液推入各孔道；
[0009]步骤4，待钙钛矿前驱体溶液从热压组件底部各孔道流出，并连接形成致密、均匀、平整的钙钛矿湿膜铺满于基片上方，停止注入；
[0010]步骤5，根据所需的钙钛矿薄膜厚度，精细调控传动装置，控制热压组件与基片之间距离；
[0011]步骤6，打开热压组件全局加热系统，使钙钛矿湿膜干燥形成钙钛矿薄膜，并缓慢提升热压机构，使钙钛矿前驱体溶液中的溶剂得到挥发；
[0012]步骤7，打开工作基台的加热装置，对形成的钙钛矿薄膜进行退火处理。
[0013]进一步地，所述钙钛矿前驱体溶液组分包括MAPbI3、MAPbBr3、MAPbCl3、MAPbI3‑
x
Br
x
、MAPbI3‑
x
Cl
x
、MA
y
FA1‑
y
PbI3、MA
y
FA1‑
y
PbI3‑
x
Cl
x
、MA
y
FA1‑
y
PbI3‑
x
Br
x
、CsSnxPb1
‑
xI3、CsPbI3、CsSnI3和CsPbBr3中的任意一种。
[0014]进一步地，所述制备的钙钛矿前驱体溶液浓度为1
‑
2.5mol/mL。
[0015]本专利技术实施例的第二方面提供一种限域热压制备大面积钙钛矿薄膜的设备，应用于本专利技术实施例的第一方面提供的方法，包括：
[0016]工作基台，用于放置基片，其内部集成真空吸附装置，可保证基片被固定不发生移动，并可对钙钛矿薄膜进行退火处理；
[0017]热压组件，用以在基片表面热压形成钙钛矿薄膜；
[0018]传动装置，用以移动热压组件，控制热压组件与工作基台上基片距离，从而形成不同厚度的钙钛矿薄膜。
[0019]进一步地，所述设备结构上方是热压组件，下方是工作基台，两者呈平行状态，通过后方传动装置控制两者之间距离。
[0020]进一步地，所述设备的热压组件，包括钙钛矿前驱体溶液注入结构，且集成全局加热系统。
[0021]进一步地，所述设备的热压组件，底部是由高密度小孔道组成，具有微结构，可使从顶部注入的钙钛矿前驱体溶液流出相连，形成致密、均匀、平整的钙钛矿湿膜。
[0022]进一步地，所述设备的热压组件，底部各孔道具有独立的打开和关闭功能，可根据基片大小，打开和关闭一部分孔道，避免钙钛矿前驱体溶液流出污染工作基台。
[0023]进一步地，所述设备的工作基台，其作用是用于放置基片，其内部集成真空吸附装置，可保证基片被固定不发生移动，工作基台四周围栏结构和底部带有加热功能，可对钙钛矿薄膜进行退火处理，且四周围栏结构可保证钙钛矿前驱体溶液不流出基台污染环境。
[0024]进一步地，所述设备的传动装置，用于移动热压组件，且其内部集成距离传感器，可精准控制热压组件与工作基台上基片距离，控制精度保证在微米级别，从而形成不同厚度的钙钛矿薄膜。
[0025]本专利技术的有益效果：
[0026]1、采用限域热压法，可以制备致密、均匀、平整的钙钛矿薄膜；
[0027]2、工艺简单可控，可以精准控制大面积钙钛矿薄膜的成核、结晶过程，并且可以精准调节钙钛矿薄膜的厚度；
[0028]3、本设备可以自主根据基片大小选择对应的工作区域，避免造成钙钛矿前驱体溶液的浪费，另外本设备创新地将涂膜结构和退火设备集成，有效降低了成本。
[0029]本专利技术提出了一种限域热压制备大面积钙钛矿薄膜的设备和方法，首先此限域热压设备由于具有微结构，可使得液滴精准、均匀地沉积于衬底上，有利于形成均匀、致密、平整的钙钛矿湿膜，进而可以实现大面积连续无针孔的钙钛矿薄膜；其次本设备通过调节热压组件和工作基台上基片之间的距离，可以精准控制大面积钙钛矿薄膜的成核、结晶过程，并且可精准调节钙钛矿薄膜的厚度；另外此设备由于可以自主根据衬底大小选择对应的工作区域，可避免造成对钙钛矿前驱体溶液的浪费，且本设备创新的将涂膜结构与退火设备有效集成，在一定程度上节省了成本；最终，本限域热压制备大面积钙钛矿薄膜的设备和方法，具有工艺简单，操作简便，成本低廉，对精度和密闭性要求低等的优点，有助于推动大面
积钙钛矿太阳能电池的工业生产与应用。
[0030]以下将结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明。
附图说明
[0031]图1为本专利技术实施例提供的一种限域热压制备大面积钙钛矿薄膜的设备的结构示意图；
[0032]图2为本专利技术实施例提供的一种限域热压制备大面积钙钛矿薄膜的设备的热压组件底部孔道细节图；
[0033]图3为本专利技术实施例提供的一种限域热压制备大面积钙钛矿薄膜的设备的热压组件顶部钙钛矿前驱体溶液注入结构细节图。
具体实施方式
[0034]下面结合具体实施例对本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种限域热压制备大面积钙钛矿薄膜的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，配置钙钛矿前驱体溶液；步骤2，操作传动装置，控制热压组件与工作基台上的基片保持一定距离；步骤3，将钙钛矿前驱体溶液注入热压组件的顶部，并使用助推器将钙钛矿前驱体溶液推入各孔道；步骤4，待钙钛矿前驱体溶液从热压组件底部各孔道流出，并连接形成致密、均匀、平整的钙钛矿湿膜铺满于基片上方，停止注入；步骤5，根据所需的钙钛矿薄膜厚度，精细调控传动装置，控制热压组件与基片之间距离；步骤6，打开热压组件全局加热系统，使钙钛矿湿膜干燥形成钙钛矿薄膜，并缓慢提升热压机构，使钙钛矿前驱体溶液中的溶剂得到挥发；步骤7，打开工作基台的加热装置，对形成的钙钛矿薄膜进行退火处理。2.根据权利要求1所述的制备大面积钙钛矿薄膜的方法，其特征在于：所述钙钛矿前驱体溶液组分包括MAPbI3、MAPbBr3、MAPbCl3、MAPbI3‑
x
Br
x
、MAPbI3‑
x
Cl
x
、MA
y
FA1‑
y
PbI3、MA
y
FA1‑
y
PbI3‑
x
Cl
x
、MA
y
FA1‑
y
PbI3‑
x
Br
x
、CsSnxPb1
‑
xI3、CsPbI3、CsSnI3和CsPbBr3中的任意一种。3.根据权利要求1所述的制备大面积钙钛矿薄膜的方法，其特征在于：所述制备的钙钛矿前驱体溶液浓度为1
‑
2.5mol/mL。4.一...

【专利技术属性】
技术研发人员：张昊，
申请(专利权)人：张昊，
类型：发明
国别省市：