CN107058976A - 用于制备大面积钙钛矿薄膜的脉冲cvd设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制备大面积钙钛矿薄膜的脉冲CVD设备，包括沉积系统和两路原料吹送系统，沉积系统包括至少一个沉积室以及真空泵；各个沉积室的上端分别连接有第一进气管和第二进气管，第一进气管和第二进气管上分别设置有第一脉冲阀和第二脉冲阀，第一进气管与第一路原料吹送系统连接，第二进气管与第二路原料吹送系统连接；各个沉积室的下端分别连接有排气管，各个排气管分别与真空泵连接，各个排气管上设置有截止阀；各个沉积室内设置有衬底加热器，待加工衬底放置在衬底加热器上。本发明的大面积钙钛矿薄膜的设备，通过逐层生长的模式，大大提高了钙钛矿薄膜大面积均匀性，多腔体的构造可以实现大规模的生产。

Description

用于制备大面积钙钛矿薄膜的脉冲CVD设备
技术领域
本发明涉及一种用于制备大面积钙钛矿薄膜的脉冲CVD设备。
背景技术
钙钛矿薄膜太阳能电池作为下一代高效薄膜太阳能电池，具备高效低成本的特点，但是，目前的高效电池都是使用旋涂方式制备的，很难实现大面积均匀，这直接导致了大面积钙钛矿薄膜太阳电池的性能很差，是目前工业化推进的难题。
为了解决这一难题，有部分设备使用了蒸镀法，一次性同时蒸发两种反应物种，进而在衬底上反应得到钙钛矿薄膜，但是这种一步蒸发得到的钙钛矿薄膜仍然面临大面积均匀性的问题，而且生产效率受限于原料添加的问题，工业化仍然面临问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于制备大面积钙钛矿薄膜的脉冲CVD设备。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于制备大面积钙钛矿薄膜的脉冲CVD设备，包括沉积系统和两路原料吹送系统，所述的沉积系统包括至少一个沉积室以及真空泵；
各个所述沉积室的上端分别连接有第一进气管和第二进气管，所述第一进气管和第二进气管上分别设置有第一脉冲阀和第二脉冲阀，所述第一进气管与第一路原料吹送系统连接，所述第二进气管与第二路原料吹送系统连接；各个所述沉积室的下端分别连接有排气管，各个排气管分别与真空泵连接，各个排气管上设置有用于控制排气管通断的截止阀；各个所述沉积室内设置有衬底加热器，待加工衬底放置在衬底加热器上。
进一步的，所述第一路原料吹送系统包括第一载气管路、第一蒸发室、第一压力控制器、第一粉末加料器以及第一辅助载气管路，所述第一蒸发室和第一压力控制器分别设置在第一载气管路上，所述第一粉末加料器与第一蒸发室连接，所述第一压力控制器位于第一蒸发室和第一脉冲阀之间，所述第一辅助载气管路连接在第一压力控制器和脉冲阀之间第一载气管路上；所述第一蒸发室上游的第一载气管路上设置有第一气体预热器，所述第一辅助载气管路上设置有第二气体预热器；
所述第二路原料吹送系统包括第二载气管路、第二蒸发室、第二压力控制器、第二粉末加料器以及第二辅助载气管路，所述第二蒸发室和第二压力控制器分别设置在第二载气管路上，所述第二粉末加料器与第二蒸发室连接，所述第二压力控制器位于第二蒸发室和第二脉冲阀之间，所述第二辅助载气管路连接在第二压力控制器和脉冲阀之间第二载气管路上；所述第二蒸发室上游的第二载气管路上设置有第三气体预热器，所述第二辅助载气管路上设置有第四气体预热器。
进一步的，所述第一进气管上设置有第一伴热器，所述第二进气管上设置有第二伴热器。
进一步的，所述沉积室内水平设置有喷孔板，所述喷孔板上均布有若干个喷气孔，所述喷孔板将沉积室内腔分隔成匀气腔和沉积腔，所述匀气腔位于沉积腔的上端，所述衬底加热器位于底部的沉积腔内，所述第一进气管和第二进气管分别与匀腔连通。
本发明的有益效果是：本发明的大面积钙钛矿薄膜的设备，通过逐层生长的模式，大大提高了钙钛矿薄膜大面积均匀性，多腔体的构造可以实现大规模的生产。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是脉冲CVD设备中两路原料吹送系统与单个沉积室之间的连接结构图；
图2是脉冲CVD设备中两路原料吹送系统与多个个沉积室之间的连接结构图；
其中，1、沉积室，21、第一载气管路，22、第一蒸发室，23、第一粉末加料器，24、第一压力控制器，25、第一辅助载气管路，26、第一气体预热器，27、第二气体预热器，31、第二载气管路，32、第二蒸发室，33、第二粉末加料器，34、第二压力控制器，35、第二辅助载气管路，36、第三气体预热器，37、第四气体预热器，41、第一脉冲阀，42、第二脉冲阀，51、第一伴热器，52、第二伴热器，6、喷孔板，7、截止阀，8、衬底加热器。
具体实施方式
现在结合具体实施例对本发明作进一步的说明。这些附图均为简化的示意图仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1图2所述，一种用于制备大面积钙钛矿薄膜的脉冲CVD设备，包括沉积系统和两路原料吹送系统， 沉积系统包括至少一个沉积室1以及真空泵。
各个沉积室1的上端分别连接有第一进气管和第二进气管，第一进气管和第二进气管上分别设置有第一脉冲阀41和第二脉冲阀42，第一进气管与第一路原料吹送系统连接，第二进气管与第二路原料吹送系统连接；各沉积室1的下端分别连接有排气管，各个排气管分别与真空泵连接，各个排气管上设置有用于控制排气管通断的截止阀7；各个沉积室1内设置有衬底加热器8，待加工衬底放置在衬底加热器8上。
第一路原料吹送系统包括第一载气管路21、第一蒸发室22、第一压力控制器24、第一粉末加料器23以及第一辅助载气管路25，第一蒸发室22和第一压力控制器24分别设置在第一载气管路21上，第一粉末加料器23与第一蒸发室22连接，第一压力控制器24位于第一蒸发室22和第一脉冲阀41之间，第一辅助载气管路25连接在第一压力控制器24和脉冲阀之间第一载气管路21上；第一蒸发室22上游的第一载气管路21上设置有第一气体预热器26，第一辅助载气管路25上设置有第二气体预热器27。
第二路原料吹送系统包括第二载气管路31、第二蒸发室32、第二压力控制器34、第二粉末加料器33以及第二辅助载气管路35，第二蒸发室32和第二压力控制器34分别设置在第二载气管路31上，第二粉末加料器33与第二蒸发室32连接，第二压力控制器34位于第二蒸发室32和第二脉冲阀42之间，第二辅助载气管路35连接在第二压力控制器34和脉冲阀之间第二载气管路31上；第二蒸发室32上游的第二载气管路31上设置有第三气体预热器36，第二辅助载气管路35上设置有第四气体预热器37。
第一进气管上设置有第一伴热器51，第二进气管上设置有第二伴热器52。两个伴热器控制两个进气管内的温度分别300度和100度左右。第一伴热器51的工作温度为 300度，第二伴热器52的工作温度是100度。伴热器为保温套。套接或者缠绕在管子上。
沉积室1内水平设置有喷孔板6，喷孔板6上均布有若干个喷气孔，喷孔板6将沉积室1内腔分隔成匀气腔和沉积腔，匀气腔位于沉积腔的上端，衬底加热器8位于底部的沉积腔内，第一进气管和第二进气管分别与匀气腔连通。喷孔板6的设置可以使气体在充分均匀之后在进入沉积腔内，使沉积的薄膜更加均匀。
作业时，整个沉积系统抽真空，同时衬底加热器8加热到80摄氏度。衬底加热器8竖直设置，衬底竖直设置在衬底加热器8上，衬底上端距离喷孔板6距离控制在0.5-1cm。
两个蒸发室的温度分别控制在320度和120度左右，第一粉末加料器23往第一蒸发室22内推送适当的碘化铅粉末原料，同时第一载气管路21往第一蒸发室22吹入氩气，控制整个第一蒸发室22的压强为100torr；压力控制器用于维持出口端的压强的恒定，设置出口压强为80Torr.第一辅助载气管路25通入氩气用于保证进入第一进气管的气压，稳定后，第一脉冲阀41打开5秒，第一进气管携带有第一蒸发室22的碘化铅蒸汽进入匀气腔混合后进入沉积腔沉积在衬底上衬底加热器8维持5秒，待第一原料碘化铅基本沉积在衬底上之后，打开沉积室1下方的截止阀7，抽走残余气体，之后再关闭截止阀7。
第二粉末加料器33往第二蒸发室32内推送适当的甲基胺碘粉末原料，同时第二载气管路31往第二蒸发室32吹入氩气，控制整个第二蒸发室32的压强为100torr；压力控制器用于维持出口端的压强的恒定，设置压强为80Torr.第二辅助载气管路35通入氩气用于保证进入第二进气管的气压，稳定后，第二脉冲阀42打开5秒，第二进气管携带有第二蒸发室32的甲基胺蒸汽进入匀气腔混合后进入沉积腔与衬底加热器8上的沉积的碘化铅薄膜接触反应，维持5秒，待第二原料甲基胺基本沉积在衬底上之后，打开沉积室1下方的截止阀7，抽走残余气体，之后再关闭截止阀7。
如此往复，两个脉冲阀交替作业，控制衬底上薄膜交替生产，可通过调整脉冲阀开启时间和循环次数，调控每一次生长钙钛矿薄膜的厚度以及总厚度。此种一层接一层生长的方式，保证了钙钛矿薄膜的大面积均匀性。
两个载气管路以及辅助载气管路上分别设置有质量流量计，图中MFC即为质量流量计。
沉积室1的数量可以选择1或2或3或4或5个甚至几十个，各沉积室1之间并列设置，当其中一个沉积室1内的衬底完成薄膜沉积之后打开更换，其他的沉积室1可以继续进行沉积作业，因此，可以同时制备几十片，实现工业化生产。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (4)

1.一种用于制备大面积钙钛矿薄膜的脉冲CVD设备，其特征是，包括沉积系统和两路原料吹送系统，所述的沉积系统包括至少一个沉积室（1）以及真空泵；
各个所述沉积室（1）的上端分别连接有第一进气管和第二进气管，所述第一进气管和第二进气管上分别设置有第一脉冲阀（41）和第二脉冲阀（42），所述第一进气管与第一路原料吹送系统连接，所述第二进气管与第二路原料吹送系统连接；各个所述沉积室（1）的下端分别连接有排气管，各个排气管分别与真空泵连接，各个排气管上设置有用于控制排气管通断的截止阀（7）；各个所述沉积室（1）内设置有衬底加热器，待加工衬底放置在衬底加热器上。
2.根据权利要求1所述的用于制备大面积钙钛矿薄膜的脉冲CVD设备，其特征是，所述第一路原料吹送系统包括第一载气管路（21）、第一蒸发室（22）、第一压力控制器（24）、第一粉末加料器（23）以及第一辅助载气管路（25），所述第一蒸发室（22）和第一压力控制器（24）分别设置在第一载气管路（21）上，所述第一粉末加料器（23）与第一蒸发室（22）连接，所述第一压力控制器（24）位于第一蒸发室（22）和第一脉冲阀（41）之间，所述第一辅助载气管路（25）连接在第一压力控制器（24）和脉冲阀之间第一载气管路（21）上；所述第一蒸发室（22）上游的第一载气管路（21）上设置有第一气体预热器（26），所述第一辅助载气管路（25）上设置有第二气体预热器（27）；
所述第二路原料吹送系统包括第二载气管路（31）、第二蒸发室（32）、第二压力控制器（34）、第二粉末加料器（33）以及第二辅助载气管路（35），所述第二蒸发室（32）和第二压力控制器（34）分别设置在第二载气管路（31）上，所述第二粉末加料器（33）与第二蒸发室（32）连接，所述第二压力控制器（34）位于第二蒸发室（32）和第二脉冲阀（42）之间，所述第二辅助载气管路（35）连接在第二压力控制器（34）和脉冲阀之间第二载气管路（31）上；所述第二蒸发室（32）上游的第二载气管路（31）上设置有第三气体预热器（36），所述第二辅助载气管路（35）上设置有第四气体预热器（37）。
3.根据权利要求1或2所述的用于制备大面积钙钛矿薄膜的脉冲CVD设备，其特征是，所述第一进气管上设置有第一伴热器（51），所述第二进气管上设置有第二伴热器（52）。
4.根据权利要求1所述的用于制备大面积钙钛矿薄膜的脉冲CVD设备，其特征是，所述沉积室（1）内水平设置有喷孔板（6），所述喷孔板（6）上均布有若干个喷气孔，所述喷孔板（6）将沉积室（1）内腔分隔成匀气腔和沉积腔，所述匀气腔位于沉积腔的上端，所述衬底加热器位于底部的沉积腔内，所述第一进气管和第二进气管分别与匀气腔连通。
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