[发明专利]钙钛矿薄膜的低压化学沉积的设备及其使用方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，特别涉及一种钙钛矿薄膜的低压化学沉积的设备及其使用方法和应用。

背景技术

太阳能电池是一种利用半导体的光伏效应将太阳能转化为电能的能量转换器件。发展至今，太阳能发电已经成为除水力发电之外最重要的可再生能源。现用于商业化的太阳能电池组件材料包括单晶硅、多晶硅、非晶硅、碲化镉、铜铟镓硒等等，但大多能耗大、成本高。

近年来，一种钙钛矿太阳能电池受到广泛关注，这种钙钛矿太阳能电池以有机金属卤化物为光吸收层。以此种材料制备薄膜太阳能电池的工艺简便、生产成本低、稳定且转化率高，自2009年至今，光电转换效率从3.8%提升至22%以上，已高于商业化的晶硅太阳能电池且具有较大的成本优势。

现有钙钛矿太阳能电池制备中的核心部分，钙钛矿层的制备，可以通过两种途径实现：溶液途径和气相途径。其中溶液途径对生产环境和设备要求低，操作简便，在常温常压下就可制备成膜，但所形成的钙钛矿薄均一性差，在膜微观结构中孔洞太多，漏电流大，严重影响太阳能电池的效率，且重复性差。因此此途径不适合大规模、大尺寸生产。气相途径通过对环境和生产过程参数更精确的控制，可以克服上述困难，并且可以通过简单的设备扩张实现大规模生产。气相途径的一种方法涉及用类似化学气相沉积（CVD）的方法和设备制备钙钛矿层。在现有技术中，使用的CVD设备中的反应物蒸气均是随着载气（carrier gas）单向流通到基底一侧的表面再沉积、扩散并反应，基底的另一侧为了确保透明，使用挡板遮掩，这样就降低了钙钛矿层的制备效率，因为基底有挡板的那侧完全没有利用到，而更为重要的一点在于在光伏组件的实际生产应用中，组件的最终成本与产量密切相关，产量越高，组件成本越低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种钙钛矿薄膜的低压化学沉积的设备及其使用方法和应用，将现有的基底有挡板的那侧换成另一片基底，两片基底按照“背靠背”的模式直立在工位上时，同时改进了载气和反应物蒸气的流通形式，使得载气和反应物蒸气从CVD管的两端同时向中间区域流动，中间区域为基底存放和反应区域，从而使得背靠背的两片基底可以同时均匀地接受反应物蒸气发生反应，则在同一个工位上可以同时对两片基底进行制备，从而使制备钙钛矿层的效率加倍，也极大提升大规模生产时的产量。

本发明是这样实现的，提供一种钙钛矿薄膜的低压化学沉积的设备及其使用方法和应用，包括主腔体，在主腔体内分别设置有两个前驱物加热台以及基底固定槽，两个前驱物加热台分别靠近主腔体的左右两端部，基底固定槽设置在两个前驱物加热台之间，在前驱物加热台上分别设置有前驱物储存盒，在基底固定槽上放置有若干组待沉积薄膜的基底，每组基底背靠背紧贴地放置有两片基底，两片基底的待沉积薄膜的表面各自朝向主腔体的一端；在主腔体的左右两端分别连通带有载气进气控制阀的载气管道，在主腔体上还连通有抽真空装置，在主腔体上还设置有给基底加热的主腔体加热装置；在两端的载气管道上分别连通有溶剂蒸发装置。

进一步地，主腔体加热装置用于对放置在基底固定槽上的若干组基底进行加热，在前驱物加热台分别对放置其上的前驱物储存盒进行加热。把两片待沉积薄膜的基底背靠背做为一组紧贴地放置在基底固定槽上，其待沉积薄膜的表面各自朝向主腔体的一端，同时从主腔体的两端通过载气管道通入反应气体，反应气体与溶剂蒸发装置产生的溶剂蒸汽作用，然后一起沉积在基底的待沉积薄膜的表面，在主腔体内真空和加热的环境条件下发生化学反应。采用该设计结构使得每组基底的两侧面同时进行沉积，提高钙钛矿层的制备效率。

进一步地，在主腔体内还设置有分流隔板，分流隔板分别设置在前驱物储存盒与主腔体两端部的载气管道口之间，分流隔板分别通过分流隔板固定槽可拆卸地设置在主腔体的内壁上；在分流隔板上设置有多个通孔。

由载气管道通入主腔体经过分流隔板的分流后可以有序且均匀地进入到后部的分流隔板固定槽区域，载气携带的溶剂蒸汽的有机小分子均匀地沉积到基底表面上，提高基底表面沉积物资的化学反应效果得到更大粒径晶体的钙钛矿层。通孔的形状可以多种多样，可以是圆形、三角形及其他多边形中的至少任意一种。

进一步地，抽真空装置包括真空泵和真空控制阀，抽真空装置通过真空管路与主腔体相连通，真空泵和真空控制阀依次设置在真空管路上，真空控制阀更靠近主腔体。

抽真空装置保证给主腔体提供适合的真空环境，便于沉积物质的化学反应。