[发明专利]一种沉浸式制备钙钛矿薄膜的设备及使用方法和应用

说明书

本发明涉及一种沉浸式制备钙钛矿薄膜的设备，包括一密封腔室，在密封腔室内至少设置有一组半封闭反应器装置，半封闭反应器装置包括下加热升华装置和上加热台，在下加热升华装置的顶部设置有器皿，在器皿内盛载有反应物前体，在器皿的正上方设置有基片架，基片架遮罩在器皿的开口上，在器皿的侧面设置有基片架支撑平台，基片架设置在基片架支撑平台上，在基片架的下底面设置有待沉积的基片，基片上的待沉积面正朝向器皿中的反应物前体，上加热台设置在基片架上给基片加热。本发明还公开了使用该沉浸式制备钙钛矿薄膜的设备制备钙钛矿太阳能电池的方法。本发明可在制备过程中控制薄膜的晶体生长，提高成膜质量及均匀性和重复性。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池技术领域，特别涉及一种沉浸式制备钙钛矿薄膜的设备及使用方法和应用。

背景技术

太阳能电池是一种光电转换器件，利用半导体的光伏效应将太阳能转化为电能。发展至今，太阳能发电已经成为除水力发电和风力发电之外最重要的可再生能源。现用于商业化的半导体有单晶硅、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。钙钛矿为ABX₃型的立方八面体结构，如图1所示。此种材料制备的薄膜太阳能电池工艺简便、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。

现有的各种钙钛矿太阳能电池薄膜成型工艺可分为两大类：溶液法和气相法。在溶液法操作简便，但薄膜均一性、重复性差，影响电池的效率。气相法有双源共蒸发法、气相辅助溶液法、化学气相沉积（CVD）等方法，其中气相溶液辅助法可制备均一、大晶粒尺寸、表面粗糙度小的钙钛矿薄膜，但薄膜的重复性、成膜质量有待提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种沉浸式制备钙钛矿薄膜的设备及使用方法和应用，提供了一个均匀稳定的反应环境，可在制备过程中控制薄膜的晶体生长，提高成膜质量及均匀性和重复性，并可嵌入大型生产线进行连续生产。

本发明是这样实现的，提供一种沉浸式制备钙钛矿薄膜的设备，包括一密封腔室，在所述密封腔室内至少设置有一组半封闭反应器装置，所述半封闭反应器装置包括下加热升华装置和上加热台，在所述下加热升华装置的顶部设置有开口朝上的器皿，在所述器皿内盛载有反应物前体，在所述器皿的正上方设置有基片架，所述基片架遮罩在器皿的开口上，在所述器皿的侧面设置有基片架支撑平台，所述基片架设置在基片架支撑平台上，在所述基片架的下底面设置有待沉积的基片，所述基片位于器皿的正上方，其上的待沉积面正朝向器皿中的反应物前体，所述上加热台设置在基片架上以加热基片，所述反应物前体被蒸发沉积到基片表面；控制密封腔室内的气压，控制上加热台和下加热升华装置的加热温度。

进一步地，所述器皿的开口面积大于基片的面积。

进一步地，所述基片架可带动基片在水平或垂直方向来回往复运动。

进一步地，在所述器皿内的反应物前体厚度为2~10mm，其厚度差不超过0.1~1.0mm；所述基片的待沉积面与反应物前体的顶面高度距离为5~40mm。

进一步地，所述密封腔室内的反应气压范围为10^-5Pa~10⁵Pa，所述上加热台的加热温度范围为20~400℃，所述下加热升华装置的加热温度范围为20~400℃，反应时间为10~120min。

进一步地，所述密封腔室为小型腔体或大型连续生产设备，密封腔室内的气压由真空泵和真空阀控制。

本发明是这样实现的，还提供一种如前所述的沉浸式制备钙钛矿薄膜的设备的使用方法，包括以下步骤：