CN116791064A - 一种叠层钙钛矿太阳能电池用原子层沉积方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光伏技术领域，特别涉及一种叠层钙钛矿太阳能电池用原子层沉积方法，可有效实现叠层钙钛矿太阳能电池的制造过程中会减少与空气接触，避免绕镀和大面积沉积；包括如下步骤：步骤1、建立用于叠层钙钛矿太阳能电池制造的原子层沉积设备，步骤2、将外腔体打开，再将内腔体打开，将待反应的玻璃基材摆放至内腔体中的凹槽中，步骤3、将内腔体和外腔体关闭，抽真空，升温，步骤4、当反应腔中通入反应气体完成镀膜后，再次通入其他反应气体，步骤5、对玻璃基材完成透明导电层，电子传输层，钙钛矿层，钝化层，空穴传输层，缓冲层，电极和封装层的沉积反应后，步骤6、完成降温动作后，依次打开内腔体和外腔体。
Description
技术领域
本发明涉及光伏技术领域，特别涉及一种叠层钙钛矿太阳能电池用原子层沉积方法。
背景技术
随着全球变暖、环境污染和人口增长问题的加剧，需要开发可再生能源以满足快速增长的能源需求。钙钛矿太阳能电池是以钙钛矿材料为吸光层，属于第三代太阳能电池，具有高光吸收系数和载流子迁移率等优良特性，且制备成本低，光电转换效率高的优点。钙钛矿太阳能电池的优异特性使其在光伏领域，半导体光源领域和光学领域得到了广泛的应用。目前钙钛矿单结和钙钛矿硅叠层的转换效率分别高达25.8％和33.2％，在其他薄膜光伏技术中处于领先地位。叠层钙钛矿太阳能电池主要由透明导电玻璃(TCO)，电子传输层(ETL)，钙钛矿层(Perovskite)，空穴传输层(HTL)和金属电极(Electrode)组成。为了实现能级匹配、钝化界面缺陷、促进载流子传输，减少复合电流，提高叠层钙钛矿太阳能电池的转换效率和稳定性，通常会在钙钛矿叠层之间增加钝化层(Passivationlayer)，缓冲层(Bufferlayer)和封装层(Encapsulation layer)。
钙钛矿太阳能电池的工作原理是太阳光照射到透明导电玻璃上，钙钛矿层吸收光子产生电子-空穴对。钙钛矿层对水蒸气和氧气很敏感，在空气中容易发生分解，且其晶体结构中的有机成分不耐高温。所以钙钛矿各叠层的制备需要在无水无氧和低温的环境下。
原子层沉积是自限制性生长薄膜的，制备的薄膜膜厚精确可控，致密，无针孔，保型性好，均匀性好，重复性好，且可以低温下大面积沉积。原子层沉积制备的薄膜优异性对叠层钙钛矿太阳能电池性能提高有很大的帮助。原子层沉积制备的致密无针孔层能抑制水氧的渗透，提高器件的稳定性。原子层沉积温度可以降低到100度以下，避免钙钛矿太阳能电池高温分解。
叠层钙钛矿太阳能电池各叠层材料需要不同的设备来制备，过程麻烦，且叠层钙钛矿太阳能电池转移至不同设备的时候，增加了叠层钙钛矿太阳能电池接触空气的时间。大面积叠层钙钛矿太阳能电池用磁控溅射会对太阳能电池结构造成损伤，影响性能。需要一种装置解决叠层钙钛矿太阳能电池制备过程中减少与空气接触，避免绕镀和大面积沉积。原子层沉积只要反应气体可以扩散到的地方都会沉积上薄膜，玻璃放置在样品台上，玻璃与样品台之间会产生缝隙，会使玻璃背面镀上薄膜(绕镀)，影响钙钛矿太阳能电池的性能。绕镀需要打磨抛光处理，处理的时候可能会损坏其他层，造成人力和资源的浪费。
发明内容
针对背景技术中提到的问题，本发明的目的是提供一种叠层钙钛矿太阳能电池用原子层沉积方法，可有效实现叠层钙钛矿太阳能电池的制造过程中会减少与空气接触，避免绕镀和大面积沉积。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种叠层钙钛矿太阳能电池用原子层沉积方法，包括如下步骤：
步骤1、建立用于叠层钙钛矿太阳能电池制造的原子层沉积设备，具体采用在外腔体内建立内腔体，内腔体通过连接件安装在外腔体中并保持悬空，所述内腔体内设有反应腔，反应腔的一侧设有进气口，另一侧设有出气口，所述反应腔底部设有用于摆放基材的凹槽，所述外腔体设有多个均匀排列的外接气孔，所述内腔体的上方和下方均设有加热装置，所述反应腔为直边椭圆形，所述凹槽底部设有多个负压口；
步骤2、将外腔体打开，再将内腔体打开，将待反应的玻璃基材摆放至内腔体中的凹槽中，使玻璃基材背面与凹槽底面贴紧；
步骤3、将内腔体和外腔体关闭，通过外接气孔通入惰性气体，负压口保持负压使玻璃基材背面完全与凹槽的底部贴紧，反应腔的一侧设有进气口均匀通入反应气体，另一侧设有出气口排出，加热装置保持对内腔体内部进行加热；
步骤4、当反应腔中通入反应气体完成镀膜后，再次通入其他反应气体，依次完成透明导电层，电子传输层，钙钛矿层，钝化层，空穴传输层，缓冲层，电极和封装层的沉积反应，出气口均保持对外排出气体动作；
步骤5、对玻璃基材完成透明导电层，电子传输层，钙钛矿层，钝化层，空穴传输层，缓冲层，电极和封装层的沉积反应后，关闭进气口，出气口继续保持排气，外接气孔关闭，加热装置停止加热；
步骤6、完成降温动作后，依次打开内腔体和外腔体，将完成反应的叠层钙钛矿太阳能电池取出。
作为优选，所述内腔体包括内腔壳体和内腔上盖，所述内腔上盖与内腔壳体之间为可拆式连接。
作为优选，所述加热装置包括保温层若干和盘管形状的电热丝，所述电热丝朝向内腔体。
作为优选，所述外腔体包括外腔壳体和外腔上盖，所述外腔上盖与外腔壳体铰接。
作为优选，所述外腔壳体的开口边缘设有环形的密封垫。
作为优选，所述外腔上盖还通过气动推杆与外腔壳体连接。
作为优选，所述内腔体和外腔体之间的气体压力小于内腔体内的气体压力。
综上所述，本发明主要具有以下有益效果：本发明的叠层钙钛矿太阳能电池用原子层沉积方法可以通过一套设备就可以完成钙钛矿太阳能电池的透明导电层，电子传输层，钙钛矿层，钝化层，空穴传输层，缓冲层，电极和封装层的制备。
可以在原子层沉积设备上一键设置需要制备的钙钛矿各叠层的配方，自动完成各叠层的制备，较少人员操作，节省人力和物力，提高效率。
附图说明
图1为现有的钙钛矿电池的结构示意图；
图2为本发明的结构示意图一；
图3为本发明的结构示意图二；
图4为本发明的剖示图一；
图5为本发明的剖示图二；
图6为本发明的内部结构示意图。
附图标记：1、内腔体；2、外腔体；3、反应腔；4、进气口；5、出气口；6、凹槽；7、负压口；8、加热装置；9、内腔壳体；10、内腔上盖；11、保温层；12、电热丝；13、外腔壳体；14、外腔上盖；15、密封垫；16、气动推杆；17、连接件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，叠层钙钛矿太阳能电池主要由透明导电玻璃(TCO)，电子传输层(ETL)，钙钛矿层(Perovskite)，空穴传输层(HTL)和金属电极(Electrode)组成。为了实现能级匹配、钝化界面缺陷、促进载流子传输，减少复合电流，隔绝空气中的水氧，提高叠层钙钛矿太阳能电池的转换效率和稳定性，通常会在钙钛矿叠层之间增加钝化层(Passivationlayer)，缓冲层(Buffer layer)和封装层(Encapsulationlayer)。
本发明的一种叠层钙钛矿太阳能电池用原子层沉积方法，包括如下步骤：
步骤1、建立用于叠层钙钛矿太阳能电池制造的原子层沉积设备，具体采用在外腔体2内建立内腔体1，内腔体1通过连接件17安装在外腔体2中并保持悬空，所述内腔体1内设有反应腔3，反应腔3的一侧设有进气口4，另一侧设有出气口5，所述反应腔3底部设有用于摆放基材的凹槽6，所述外腔体2设有多个均匀排列的外接气孔7，所述内腔体1的上方和下方均设有加热装置8，所述反应腔3为直边椭圆形，所述凹槽6底部设有多个负压口18；
步骤2、将外腔体2打开，再将内腔体1打开，将待反应的玻璃基材摆放至内腔体1中的凹槽6中，使玻璃基材背面与凹槽6底面贴紧；
步骤3、将内腔体1和外腔体2关闭，通过外接气孔7通入惰性气体，负压口18保持负压使玻璃基材背面完全与凹槽6的底部贴紧，反应腔3的一侧设有进气口4均匀通入反应气体，另一侧设有出气口5排出，加热装置8保持对内腔体1内部进行加热(70-100度)；
步骤4、设置钙钛矿太阳能各叠层的沉积配方，运行原子层沉积设备，当反应腔3中通入反应气体完成镀膜后，再次通入其他反应气体，依次完成透明导电层(ITO，In掺杂SnO2或AZO，Al掺杂ZnO，100-200nm)，电子传输层(SnO2，TiO2或ZnO等，10-50nm)，钙钛矿层(PbBrxCl2-x，PbIxCl2-x或PbBrxIy等，100-500nm)，钝化层(Al2O3，SiO2或TiO2等，2-10nm)，空穴传输层(NiOX,CuOX或MoO3等，10-50nm)，缓冲层(SnO2，CuOX或VOX等，2-20nm)，电极(Au，Ag或Ni等，50-500nm)和封装层(Al2O3，TiO2或SiNX等，10-50nm)的沉积反应，出气口5均保持对外排出气体动作；
步骤5、对玻璃基材完成透明导电层，电子传输层，钙钛矿层，钝化层，空穴传输层，缓冲层，电极和封装层的沉积反应后，关闭进气口4，出气口5继续保持排气，外接气孔7关闭，加热装置8关闭；
步骤6、完成降温动作后，依次打开内腔体1和外腔体2，将完成反应的叠层钙钛矿太阳能电池取出。
所述内腔体1包括内腔壳体9和内腔上盖10，所述内腔上盖10与内腔壳体9之间为可拆式连接。所述加热装置8包括保温层11若干和盘管形状的电热丝12，所述电热丝12朝向内腔体1。
所述外腔体2包括外腔壳体13和外腔上盖14，所述外腔上盖14与外腔壳体13铰接。所述外腔壳体13的开口边缘设有环形的密封垫15。
所述外腔上盖14还通过气动推杆16与外腔壳体13连接。所述内腔体1和外腔体2之间的气体压力小于内腔体1内的气体压力。
钙钛矿太阳能电池各叠层的制备几乎都是在真空下完成的，减少了空气中的水氧等对钙钛矿太阳能电池的影响，可以最大限度的保护钙钛矿太阳能电池效率的损失。通过凹槽的尺寸和形状设计可以一次沉积大尺寸叠层钙钛矿太阳能电池。设备腔体设计独特，可以减少透明玻璃的背面绕镀。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种叠层钙钛矿太阳能电池用原子层沉积方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、建立用于叠层钙钛矿太阳能电池制造的原子层沉积设备，具体采用在外腔体(2)内建立内腔体(1)，内腔体(1)通过连接件(17)安装在外腔体(2)中并保持悬空，所述内腔体(1)内设有反应腔(3)，反应腔(3)的一侧设有进气口(4)，另一侧设有出气口(5)，所述反应腔(3)底部设有用于摆放基材的凹槽(6)，所述外腔体(2)设有多个均匀排列的外接气孔(7)，所述内腔体(1)的上方和下方均设有加热装置(8)，所述反应腔(3)为直边椭圆形，所述凹槽(6)底部设有多个负压口(18)；
步骤2、将外腔体(2)打开，再将内腔体(1)打开，将待反应的玻璃基材摆放至内腔体(1)中的凹槽(6)中，使玻璃基材背面与凹槽(6)底面贴紧；
步骤3、将内腔体(1)和外腔体(2)关闭，抽真空和升温；通过外接气孔(7)通入惰性气体，负压口(18)保持负压使玻璃基材背面完全与凹槽(6)的底部贴紧，反应腔(3)的一侧设有进气口(4)均匀通入反应气体，另一侧设有出气口(5)排出，加热装置(8)保持对内腔体(1)内部进行加热；
步骤4、当反应腔(3)中通入反应气体完成镀膜后，再次通入其他反应气体，依次完成透明导电层，电子传输层，钙钛矿层，钝化层，空穴传输层，缓冲层，电极和封装层的沉积反应，出气口(5)均保持对外排出气体动作；
步骤5、对玻璃基材完成透明导电层，电子传输层，钙钛矿层，钝化层，空穴传输层，缓冲层，电极和封装层的沉积反应后，关闭进气口(4)，出气口(5)继续保持排气，外接气孔(7)关闭，加热装置(8)停止加热；
步骤6、完成降温动作后，依次打开内腔体(1)和外腔体(2)，将完成反应的叠层钙钛矿太阳能电池取出。
2.如权利要求1所述的叠层钙钛矿太阳能电池用原子层沉积方法，其特征在于，所述内腔体(1)包括内腔壳体(9)和内腔上盖(10)，所述内腔上盖(10)与内腔壳体(9)之间为可拆式连接。
3.如权利要求1所述的叠层钙钛矿太阳能电池用原子层沉积方法，其特征在于，所述加热装置(8)包括保温层(11)若干和盘管形状的电热丝(12)，所述电热丝(12)朝向内腔体(1)。
4.如权利要求2所述的叠层钙钛矿太阳能电池用原子层沉积方法，其特征在于，所述外腔体(2)包括外腔壳体(13)和外腔上盖(14)，所述外腔上盖(14)与外腔壳体(13)铰接。
5.如权利要求4所述的叠层钙钛矿太阳能电池用原子层沉积方法，其特征在于，所述外腔壳体(13)的开口边缘设有环形的密封垫(15)。
6.如权利要求4所述的叠层钙钛矿太阳能电池用原子层沉积方法，其特征在于，所述外腔上盖(14)还通过气动推杆(16)与外腔壳体(13)连接。
7.如权利要求1所述的叠层钙钛矿太阳能电池用原子层沉积方法，其特征在于，所述内腔体(1)和外腔体(2)之间的气体压力小于内腔体(1)内的气体压力。
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| CN (1) | CN116791064A (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105925960A (zh) * | 2016-06-07 | 2016-09-07 | 江苏微导纳米装备科技有限公司 | 一种用于太阳能电池片生产的原子层沉积真空镀膜装置 |
| CN106025072A (zh) * | 2016-06-01 | 2016-10-12 | 中物院成都科学技术发展中心 | 基于Zn1-xCdxS固溶薄膜的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
| CN112281140A (zh) * | 2019-07-25 | 2021-01-29 | 无锡科硅电子技术有限公司 | 一种具有双腔室的原子层沉积***及工艺 |
| CN114875385A (zh) * | 2022-05-20 | 2022-08-09 | 江苏迈纳德微纳技术有限公司 | 一种新型双层腔室的原子层沉积反应装置 |
| KR20230081852A (ko) * | 2021-11-30 | 2023-06-08 | 충남대학교산학협력단 | 원자층 증착법에 의한 산화막 제조 방법 및 이에 의한 반도체 소자 및 페로브스카이트 태양 전지 |
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2023
- 2023-06-27 CN CN202310762185.9A patent/CN116791064A/zh active Pending
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