CN110047998B - 一种沉浸式制备钙钛矿太阳能电池的设备及使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种沉浸式制备钙钛矿太阳能电池的设备，包括一密封腔室，在密封腔室内设置有至少两个相互隔离的子腔室，在至少一个所述子腔室内设置有至少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开口朝上的器皿，在器皿内盛载有反应物，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，反应物被蒸发沉积到基片表面。本发明还公开了一种制备钙钛矿太阳能电池的方法，其使用了前述的沉浸式制备钙钛矿太阳能电池的设备。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。

Description

一种沉浸式制备钙钛矿太阳能电池的设备及使用方法
技术领域
本发明属于钙钛矿太阳能电池技术领域，特别涉及涉及一种沉浸式制备钙钛矿太阳能电池的设备及使用方法。
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太阳能电池的设备及使用方法，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太阳能电池的设备，包括一密封腔室，在所述密封腔室内设置有至少两个相互隔离的子腔室，在每两个相邻的所述子腔室之间设置有可开闭的隔离门和输送通道，待沉积的基片穿过隔离门从一个子腔室沿输送通道被输送至另一个子腔室内，在至少一个所述子腔室内设置有至少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，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，所述上加热台设置在基片架上给基片加热，所述反应物被蒸发沉积到基片表面。
进一步地，所述钙钛矿太阳能电池的截面结构依次包括透明导电衬底、第一传输层、钙钛矿活性层、第二传输层以及背电极，在所述密封腔室设置有三个子腔室，其中位于前面的子腔室为第二沉积站用于在沉积有钙钛矿太阳能电池的第一传输层的基片上沉积钙钛矿前驱物BX2，中间的子腔室为基片预处理站用于对沉积有钙钛矿前驱物的基片进行预处理，后面的子腔室为第三沉积站用于在预处理过后的沉积有钙钛矿前驱物的基片上沉积钙钛矿反应物AX，在所述第三沉积站内设置有至少一组半封闭反应器装置，所述钙钛矿前驱物BX2和钙钛矿反应物AX组合成为钙钛矿太阳能电池的钙钛矿活性层；其中，
在所述钙钛矿前驱物BX2中B为二价金属阳离子，为铅、锡、钨、铜、锌、镓、锗、砷、硒、铑、钯、银、镉、铟、锑、锇、铱、铂、金、汞、铊、铋、钋中的任意一种阳离子，X为氯、溴、碘、硫氰根、氰根、氧氰根、醋酸根、叠氮酸根、硼氢根、Co(CO)4 -、C(NO2)3 -、C(CN)3 -中的任意一种阴离子；
在钙钛矿反应物AX中A为铯、铷、钾、胺基、脒基或者碱族中的任意一种阳离子，X为氯、溴、碘、硫氰根、氰根、氧氰根、醋酸根、叠氮酸根、硼氢根、Co(CO)4 -、C(NO2)3 -、C(CN)3 -中的任意一种阴离子。
进一步地，在所述密封腔室还设置有另外三个子腔室，在所述第二沉积站的前面设置有第一沉积站用于沉积钙钛矿电池的第一传输层，在所述第三沉积站后面还依次设置有后处理及薄膜质量检测站和第四沉积站，所述后处理及薄膜质量检测站用于对已沉积了钙钛矿太阳能电池的钙钛矿活性层进行膜后处理及对钙钛矿活性层薄膜质量进行检测，经检测质量合格的基片再传输至第四沉积站，所述第四沉积站用于沉积钙钛矿太阳能电池的第二传输层。
进一步地，所述沉浸式制备钙钛矿太阳能电池的设备还包括基片装载站、第一清洗站、第一激光划线站、第一激光划线清理站和基片加热站，所述基片沉积有透明导电衬底，所述基片从基片装载站处装载后经传动装置进入第一清洗站进行清洗干燥，再依次经过第一激光划线站、第一激光划线清理站和基片加热站后进入密封腔室的第一沉积站，所述第一激光划线站用于将沉积有透明导电衬底的基片分割成若干个独立的单节器件，而后经传动装置传输至第一激光划线清理站对经激光划线的基片进行进一步清洗干燥，所述基片在输送进入密封腔室前先在基片加热站进行加热。
进一步地，在所述基片加热站前还设置有基片检测站以及第二清洗站，所述基片经过第一激光划线清理站被输送至基片检测站进行测试检测，检测合格的基片再经过第二清洗站进行清洗干燥后再输送至基片加热站。
进一步地，所述沉浸式制备钙钛矿太阳能电池的设备还包括降温区、第二激光划线站、第二激光划线清理站、第六沉积站、第三激光划线站、第三激光划线清理站、组件装配站以及组件封装站，从所述第四沉积站出来的基片经过降温区降低温度后，再依次经过第二激光划线站、第二激光划线清理站后进入第六沉积站进行钙钛矿太阳能电池的背电极的沉积，在所述第二激光划线站对基片上的第二传输层进行激光划线，在所述第二激光划线清理站利用风机和真空吸尘以除去由于激光划线而导致松动的半导体材料，并对经激光划线的基片进行检测；然后再依次进入第三激光划线站、第三激光划线清理站和组件装配站，最后进入组件封装站，在所述第三激光划线站对背电极进行激光划线，在所述第三激光划线清理站利用风机和真空吸尘以除去由于激光划线而导致松动的背电极材料，并对经激光划线的基片进行检测，在所述组件装配站焊接母线和引线制得钙钛矿太阳能电池板，在所述组件封装站利用合适的封装材料将制得的钙钛矿太阳能电池板进行封装成为钙钛矿太阳能电池成品。
进一步地，在所述第二激光划线清理站与第六沉积站之间还设置有第五沉积站用于沉积钙钛矿太阳能电池的缓冲层。
进一步地，在所述第三激光划线清理站与组件装配站之间还设置有效率测试中心，所述效率测试中心用于在规定的光照条件下测试制得的钙钛矿太阳能电池产品的光电转换效率。
本发明是这样实现的，还提供一种制备钙钛矿太阳能电池的方法，在制备钙钛矿太阳能电池的过程中使用了如前所述的沉浸式制备钙钛矿太阳能电池的设备。
本发明是这样实现的，还提供一种制备钙钛矿太阳能电池的方法，其在制备钙钛矿太阳能电池的过程中使用了如前所述的沉浸式制备钙钛矿太阳能电池的设备，该方法包括以下步骤：
S1，将沉积有透明导电衬底的基片装载于基片装载站，而后经传动装置进入第一清洗站进行清洗干燥；
S2，将清洗干燥后的基片传送至第一激光划线站，将沉积有透明导电衬底的基片分割成若干个独立的单节器件，而后经传动装置传输至第一激光划线清理站对经激光划线的基片进行进一步清洗干燥；
S3，将基片经传动装置传送至基片检测站进行测试检测，以确保基片上每个单节器件相互独立；
S4，将检测合格的基片经传动装置传送至第二清洗站进行清洗干燥后再输送至基片加热站进行预加热或其他处理；
S5，经过预处理的基片经传动装置传送至第一沉积站，在基片的透明导电衬底上沉积钙钛矿电池的第一传输层；
S6，将基片经传动装置传送至第二沉积站，沉积一种或多种钙钛矿前驱物BX2；
S7，将基片经传动装置传送至基片预处理站，控制基片预处理站的气压及基片温度，对沉积有钙钛矿前驱物的基片进行预处理，所述基片预处理站中的气压范围为10-5Pa~105Pa，基片温度范围为60~200℃，预处理时间为0~10min；
S8，预处理后的基片经传动装置传送至第三沉积站，将钙钛矿反应物AX沉积在基片上形成钙钛矿太阳能电池的钙钛矿活性层，所述第三沉积站提供一气压可控的反应环境，气压范围为10-5Pa~105Pa，所述上加热台对基片控温从而控制反应温度，所述上加热台的温度范围为60~250℃，所述下加热升华装置用于加热升华钙钛矿反应物AX以形成以气氛相对均匀的反应环境，所述下加热升华装置的温度范围为100~250℃，钙钛矿反应物AX均匀地铺展于器皿中，其铺展面积大于或等于基片的面积，基片的待沉积面朝下正对器皿中的钙钛矿反应物AX；
S9，再经传动装置传送至后处理及薄膜质量检测站，对已沉积了钙钛矿太阳能电池的钙钛矿活性层进行退火、降温膜后处理，并对已沉积的钙钛矿活性层薄膜质量进行检测；
S10，经检测质量合格的基片再经传动装置传送至第四沉积站，用于沉积钙钛矿太阳能电池的第二传输层；
S11，再经传动装置传输至降温区，将基片温度降至环境温度；
S12，再经传动装置传输至第二激光划线站，对于第二传输层进行激光划线切割；
S13，再经传动装置传输至第二激光划线清理站，利用风机和真空吸尘以除去由于激光划线而导致松动的半导体材料，并对经激光划线的基片进行检测；
S14，检测合格的基片再经传动装置传输至第五沉积站，用于沉积钙钛矿太阳能电池的缓冲层；
S15，再经传动装置传输至第六沉积站，在缓冲层上沉积背电极；
S16，再经传动装置传输至第三激光划线站，对背电极进行激光划线切割；
S17，再经传动装置传输至第三激光划线清理站，利用风机和真空吸尘以除去由于激光划线而导致松动的背电极材料，并对经激光划线的基片进行检测；
S18，检测合格的基片再经传动装置传输至效率测试中心，在规定的光照条件下测试制得的钙钛矿太阳能电池产品的光电转换效率，与标准电池进行比较以检验产品是否合格；
S19，再经传动装置传输至组件装配站，母线被超声波焊接到每个基板的端部，并且引线被焊接到母线上以用于将光伏器件连接到阵列内；
S20，再经传动装置传输至组件封装站，利用合适的封装材料将制得的钙钛矿太阳能电池板封装；
S21，再经传动装置传输至包装出货站。
与现有技术相比，本发明的沉浸式制备钙钛矿太阳能电池的设备及使用方法，提供了一个均匀稳定的反应环境，可在钙钛矿薄膜的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。
与现有技术相比，本发明同时还具有以下特点：
1. 可精确地控制要形成的钙钛矿薄膜的质量，提高钙钛矿薄膜的均匀性。
2. 促进金属卤化物与卤化物蒸汽的充分反应，提高对于钙钛矿结晶的可控性。
3. 提供了一种可实现连续性生产的方案。
4. 提高沉积速度及材料的利用率。
5. 真空下沉积防止钙钛矿材料的分解或变质。
附图说明
图1为现有技术钙钛矿薄膜中分子结构示意图；
图2为本发明的沉浸式制备钙钛矿太阳能电池的设备一较佳实施例的平面示意图；
图3为图2中半封闭装置的一个较佳示例的平面示意图；
图4为本发明制备的钙钛矿太阳能电池内部结构示意图；
图5为本发明的沉浸式制备钙钛矿太阳能电池的设备的工序流程示意图；
图6为使用本发明的沉浸式制备钙钛矿太阳能电池的设备制得的钙钛矿太阳能电池的JV曲线。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请同时参照图2以及图3所示，本发明沉浸式制备钙钛矿太阳能电池的设备的较佳实施例，包括一密封腔室1，在所述密封腔室1内设置有至少两个相互隔离的子腔室（图中未示出）。在每两个相邻的所述子腔室之间设置有可开闭的隔离门和输送通道，待沉积的基片穿过隔离门从一个子腔室沿输送通道被输送至另一个子腔室内。
在至少一个所述子腔室内设置有至少一组半封闭反应器装置2。所述半封闭反应器装置2包括下加热升华装置3和上加热台4。在所述下加热升华装置3的顶部设置有开口朝上的器皿5，在所述器皿5内盛载有反应物。在所述器皿5的正上方设置有基片架6。所述基片架6遮罩在器皿5的开口上。在所述器皿5的侧面设置有基片架支撑平台7，所述基片架6设置在基片架支撑平台7上，在所述基片架6的下底面设置有待沉积的基片8。所述基片8位于器皿5的正上方，其上的待沉积面正朝向器皿5中的反应物。所述上加热台4设置在基片架6上给基片8加热，所述反应物被蒸发沉积到基片8表面。控制子腔室内的气压，控制上加热台4和下加热升华装置3的加热温度。在所述下加热升华装置3内设置有给器皿5中的反应物前体加热的反应物加热装置，在所述上加热台4上设置有给基片8加热的基片加热装置。
所述器皿5的开口面积大于基片8的面积。在所述器皿5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8的待沉积面与反应物前体的顶面高度距离为5~40mm。
所述密封腔室1内的反应气压范围为10-5Pa~105Pa，所述上加热台4的加热温度范围为20~400℃，所述下加热升华装置3的加热温度范围为20~400℃，反应时间为10~120min。
本发明的沉浸式制备钙钛矿薄膜的设备还包括一传动装置9，所述传动装置9驱动基片架支撑平台7使基片架6在水平方向上轻微摆动。
所述密封腔室1内的气压由真空泵和真空阀控制，控制气压的方法可以有以下几种可选方案：
1）. 当真空泵将腔体气压抽至一定的气压值，真空阀自动关闭。
2）. a：抽真空一段时间后，腔体内的气压监测装置检测密封腔室1内的气压，如到达某一气压范围，则关闭真空阀；b：如未达到指定气压值，则继续抽真空，重复步骤a。
3）. 在半封闭反应装置2中设置一束流规或探测器，用于探测蒸发源的流速或蒸发速率。a：抽真空一段时间后，检测半封闭反应装置2中的反应物蒸汽流速或蒸发速率，如到达指定的流速，则关闭真空阀；b：如未达到指定流速或蒸发速率，则继续抽真空，重复步骤a。
请参照图4所示，所述钙钛矿太阳能电池的截面结构依次包括透明导电衬底、第一传输层、钙钛矿活性层、第二传输层、缓冲层以及背电极。
请参照图5所示，在所述密封腔室1分别设置有三个子腔室，其中位于前面的子腔室为第二沉积站12用于在沉积有钙钛矿太阳能电池的第一传输层的基片8上沉积钙钛矿前驱物BX2，中间的子腔室为基片预处理站13用于对沉积有钙钛矿前驱物的基片8进行预处理，后面的子腔室为第三沉积站14用于在预处理过后的沉积有钙钛矿前驱物的基片上沉积钙钛矿反应物AX。在所述第三沉积站14内设置有至少一组半封闭反应器装置2。
所述钙钛矿前驱物BX2和钙钛矿反应物AX反应生成钙钛矿太阳能电池的钙钛矿活性层；其中，
在所述钙钛矿前驱物BX2中B为二价金属阳离子，为铅（Pb2+）、锡（Sn2+）、钨（W2+）、铜（Cu2+）、锌（Zn2+）、镓（Ga2+）、锗（Ge2+）、砷（As2+）、硒（Se2+）、铑（Rh2+）、钯（Pd2+）、银（Ag2+）、镉（Cd2+）、铟（In2+）、锑（Sb2+）、锇（Os2+）、铱（Ir2+）、铂（Pt2+）、金（Au2+）、汞（Hg2+）、铊（Tl2+）、铋（Bi2+）、钋（Po2+）中的任意一种阳离子，X为氯（Cl-）、溴（Br-）、碘（I-）、硫氰根（NCS-）、氰根（CN-）、氧氰根 （NCO-）中的任意一种阴离子。
在钙钛矿反应物AX中A为铯（Cs2+）、铷（Rb+）、钾（K+）、胺基、脒基或者碱族中的任意一种阳离子，X为氯（Cl-）、溴（Br-）、碘（I-）、硫氰根（NCS-）、氰根（CN-）、氧氰根 （NCO-）、醋酸根（CH3COO-）、叠氮酸根（N3 -）、硼氢根（BH4 -）、Co(CO)4 -、C(NO2)3 -、C(CN)3 -中的任意一种阴离子。
在所述密封腔室1还设置有另外三个子腔室。在所述第二沉积站12的前面设置有第一沉积站11用于沉积钙钛矿电池的第一传输层。在所述第三沉积站14后面还依次设置有后处理及薄膜质量检测站15和第四沉积站16。所述后处理及薄膜质量检测站15用于对已沉积了钙钛矿太阳能电池的钙钛矿活性层进行膜后处理及对钙钛矿活性层薄膜质量进行检测，经检测质量合格的基片再传输至第四沉积站，所述第四沉积站16用于沉积钙钛矿太阳能电池的第二传输层。
所述沉浸式制备钙钛矿太阳能电池的设备还包括基片装载站C1、第一清洗站C2、第一激光划线站C3、第一激光划线清理站C4和基片加热站C7。所述基片8沉积有透明导电衬底，所述基片8从基片装载站C1处装载后经传动装置进入第一清洗站C2进行清洗干燥，再依次经过第一激光划线站C3、第一激光划线清理站C4和基片加热站C7后进入密封腔室1的第一沉积站11。所述第一激光划线站C3用于将沉积有透明导电衬底的基片分割成若干个独立的单节器件，而后经传动装置传输至第一激光划线清理站C4对经激光划线的基片进行进一步清洗干燥。所述基片8在输送进入密封腔室1前先在基片加热站C7进行加热。
在所述基片加热站C7前还设置有基片检测站C5以及第二清洗站C6。所述基片8经过第一激光划线清理站C4被输送至基片检测站C5进行测试检测，检测合格的基片8再经过第二清洗站C6进行清洗干燥后再输送至基片加热站C7。
所述沉浸式制备钙钛矿太阳能电池的设备还包括降温区C8、第二激光划线站C9、第二激光划线清理站C10、第六沉积站C12、第三激光划线站C13、第三激光划线清理站C14、组件装配站C16以及组件封装站C17。从所述第四沉积站16出来的基片8经过降温区C8降低温度后，再依次经过第二激光划线站C9、第二激光划线清理站C10后进入第六沉积站C12进行钙钛矿太阳能电池的背电极的沉积。在所述第二激光划线站C9对基片上的第二传输层进行激光划线，在所述第二激光划线清理站C10利用风机和真空吸尘以除去由于激光划线而导致松动的半导体材料，并对经激光划线的基片进行检测；然后再依次进入第三激光划线站C13、第三激光划线清理站C14和组件装配站C16，最后进入组件封装站C17。在所述第三激光划线站C13对背电极进行激光划线。在所述第三激光划线清理站C14利用风机和真空吸尘以除去由于激光划线而导致松动的背电极材料，并对经激光划线的基片进行检测。在所述组件装配站C16焊接母线和引线制得钙钛矿太阳能电池板。在所述组件封装站C17利用合适的封装材料将制得的钙钛矿太阳能电池板进行封装成为钙钛矿太阳能电池成品。
在所述第二激光划线清理站C9与第六沉积站C11之间还设置有第五沉积站C10用于沉积钙钛矿太阳能电池的缓冲层。在所述第三激光划线清理站C14与组件装配站C16之间还设置有效率测试中心C15。所述效率测试中心C15用于在规定的光照条件下测试制得的钙钛矿太阳能电池产品的光电转换效率。
本发明是这样实现的，还提供一种制备钙钛矿太阳能电池的方法，在制备钙钛矿太阳能电池的过程中使用了如前所述的沉浸式制备钙钛矿太阳能电池的设备。
请参考图5所示，本发明是这样实现的，还提供一种制备钙钛矿太阳能电池的方法，其在制备钙钛矿太阳能电池的过程中使用了如前所述的沉浸式制备钙钛矿太阳能电池的设备，该方法包括以下步骤：
S1，将沉积有透明导电衬底的基片装载于基片装载站C1，而后经传动装置进入第一清洗站C2进行清洗干燥。
S2，将清洗干燥后的基片传送至第一激光划线站C3，将沉积有透明导电衬底的基片分割成若干个独立的单节器件，而后经传动装置传输至第一激光划线清理站C4对经激光划线的基片进行进一步清洗干燥。
S3，将基片经传动装置传送至基片检测站C5进行测试检测，以确保基片上每个单节器件相互独立。
S4，将检测合格的基片经传动装置传送至第二清洗站C6进行清洗干燥后再输送至基片加热站C7进行预加热或其他处理。
S5，经过预处理的基片经传动装置传送至第一沉积站11，在基片的透明导电衬底上沉积钙钛矿电池的第一传输层。
S6，将基片经传动装置传送至第二沉积站12，沉积一种或多种钙钛矿前驱物BX2。
S7，将基片经传动装置传送至基片预处理站13，控制基片预处理站的气压及基片温度，对沉积有钙钛矿前驱物的基片进行预处理，所述基片预处理站中的气压范围为10-5Pa~105Pa，基片温度范围为60~200℃，预处理时间为0~10min。
S8，预处理后的基片经传动装置传送至第三沉积站14，将钙钛矿反应物AX沉积在基片上形成钙钛矿太阳能电池的钙钛矿活性层。所述第三沉积站14提供一气压可控的反应环境，气压范围为10-5Pa~105Pa，所述上加热台4对基片控温从而控制反应温度，所述上加热台4的温度范围为60~250℃，所述下加热升华装置3用于加热升华钙钛矿反应物AX以形成以气氛相对均匀的反应环境，所述下加热升华装置3的温度范围为100~250℃，钙钛矿反应物AX均匀地铺展于器皿5中，其铺展面积大于或等于基片8的面积，基片8的待沉积面朝下正对器皿5中的钙钛矿反应物AX。
S9，再经传动装置传送至后处理及薄膜质量检测站15，对已沉积了钙钛矿太阳能电池的钙钛矿活性层进行退火、降温膜后处理，并对已沉积的钙钛矿活性层薄膜质量进行检测。
S10，经检测质量合格的基片再经传动装置传送至第四沉积站16，用于沉积钙钛矿太阳能电池的第二传输层。
S11，再经传动装置传输至降温区C8，将基片8温度降至环境温度。
S12，再经传动装置传输至第二激光划线站C9，对于第二传输层进行激光划线切割。
S13，再经传动装置传输至第二激光划线清理站C10，利用风机和真空吸尘以除去由于激光划线而导致松动的半导体材料，并对经激光划线的基片进行检测。
S14，经检测合格的基片再经传动装置传输至第五沉积站C11，用于沉积钙钛矿太阳能电池的缓冲层。
S15，再经传动装置传输至第六沉积站C12，在缓冲层上沉积背电极。
S16，再经传动装置传输至第三激光划线站C13，对背电极进行激光划线切割。
S17，再经传动装置传输至第三激光划线清理站C14，利用风机和真空吸尘以除去由于激光划线而导致松动的背电极材料，并对经激光划线的基片进行检测。
S18，经检测合格的基片再经传动装置传输至效率测试中心C15，在规定的光照条件下测试制得的钙钛矿太阳能电池产品的光电转换效率，与标准电池进行比较以检验产品是否合格。
S19，再经传动装置传输至组件装配站C16，母线被超声波焊接到每个基板的端部，并且引线被焊接到母线上以用于将光伏器件连接到阵列内。
S20，再经传动装置传输至组件封装站C17，利用合适的封装材料将制得的钙钛矿太阳能电池板封装。
S21，再经传动装置传输至包装出货站C18，将已制成的钙钛矿太阳能电池产品包装输送至出货区。
图6为使用本发明的沉浸式制备钙钛矿太阳能电池的设备制得的钙钛矿太阳能电池组件的JV曲线，电池效率达16.0%（PCE）。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种沉浸式制备钙钛矿太阳能电池的设备，包括一密封腔室，其特征在于，在所述密封腔室内设置有至少两个相互隔离的子腔室，在每两个相邻的所述子腔室之间设置有可开闭的隔离门和输送通道，待沉积的基片穿过隔离门从一个子腔室沿输送通道被输送至另一个子腔室内，在至少一个所述子腔室内设置有至少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，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，所述上加热台设置在基片架上给基片加热，所述反应物被蒸发沉积到基片表面；所述器皿的开口面积大于基片的面积，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；设备还包括一传动装置，所述传动装置驱动基片架支撑平台使基片架在水平方向上轻微摆动；所述钙钛矿太阳能电池的截面结构依次包括透明导电衬底、第一传输层、钙钛矿活性层、第二传输层以及背电极，在所述密封腔室设置有三个子腔室，其中位于前面的子腔室为第二沉积站用于在沉积有钙钛矿太阳能电池的第一传输层的基片上沉积钙钛矿前驱物BX2，中间的子腔室为基片预处理站用于对沉积有钙钛矿前驱物的基片进行预处理，后面的子腔室为第三沉积站用于在预处理过后的沉积有钙钛矿前驱物的基片上沉积钙钛矿反应物AX，在所述第三沉积站内设置有至少一组半封闭反应器装置，所述钙钛矿前驱物BX2和钙钛矿反应物AX组合成为钙钛矿太阳能电池的钙钛矿活性层；其中，
在所述钙钛矿前驱物BX2中B为二价金属阳离子，为铅、锡、钨、铜、锌、镓、锗、砷、硒、铑、钯、银、镉、铟、锑、锇、铱、铂、金、汞、铊、铋、钋中的任意一种阳离子，X为氯、溴、碘、硫氰根、氰根、氧氰根、醋酸根、叠氮酸根、硼氢根、Co(CO)4 -、C(NO2)3 -、C(CN)3 -中的任意一种阴离子；
在钙钛矿反应物AX中A为铯、铷、钾、胺基、脒基或者碱族中的任意一种阳离子，X为氯、溴、碘、硫氰根、氰根、氧氰根、醋酸根、叠氮酸根、硼氢根、Co(CO)4 -、C(NO2)3 -、C(CN)3 -中的任意一种阴离子。
2.如权利要求1所述的沉浸式制备钙钛矿太阳能电池的设备，其特征在于，在所述密封腔室还设置有另外三个子腔室，在所述第二沉积站的前面设置有第一沉积站用于沉积钙钛矿电池的第一传输层，在所述第三沉积站后面还依次设置有后处理及薄膜质量检测站和第四沉积站，所述后处理及薄膜质量检测站用于对已沉积了钙钛矿太阳能电池的钙钛矿活性层进行膜后处理及对钙钛矿活性层薄膜质量进行检测，经检测质量合格的基片再传输至第四沉积站，所述第四沉积站用于沉积钙钛矿太阳能电池的第二传输层。
3.如权利要求2所述的沉浸式制备钙钛矿太阳能电池的设备，其特征在于，所述沉浸式制备钙钛矿太阳能电池的设备还包括基片装载站、第一清洗站、第一激光划线站、第一激光划线清理站和基片加热站，所述基片沉积有透明导电衬底，所述基片从基片装载站处装载后经传动装置进入第一清洗站进行清洗干燥，再依次经过第一激光划线站、第一激光划线清理站和基片加热站后进入密封腔室的第一沉积站，所述第一激光划线站用于将沉积有透明导电衬底的基片分割成若干个独立的单节器件，而后经传动装置传输至第一激光划线清理站对经激光划线的基片进行进一步清洗干燥，所述基片在输送进入密封腔室前先在基片加热站进行加热。
4.如权利要求3所述的沉浸式制备钙钛矿太阳能电池的设备，其特征在于，在所述基片加热站前还设置有基片检测站以及第二清洗站，所述基片经过第一激光划线清理站被输送至基片检测站进行测试检测，检测合格的基片再经过第二清洗站进行清洗干燥后再输送至基片加热站。
5.如权利要求3所述的沉浸式制备钙钛矿太阳能电池的设备，其特征在于，所述沉浸式制备钙钛矿太阳能电池的设备还包括降温区、第二激光划线站、第二激光划线清理站、第六沉积站、第三激光划线站、第三激光划线清理站、组件装配站以及组件封装站，从所述第四沉积站出来的基片经过降温区降低温度后，再依次经过第二激光划线站、第二激光划线清理站后进入第六沉积站进行钙钛矿太阳能电池的背电极的沉积，在所述第二激光划线站对基片上的第二传输层进行激光划线，在所述第二激光划线清理站利用风机和真空吸尘以除去由于激光划线而导致松动的半导体材料，并对经激光划线的基片进行检测；然后再依次进入第三激光划线站、第三激光划线清理站和组件装配站，最后进入组件封装站，在所述第三激光划线站对背电极进行激光划线，在所述第三激光划线清理站利用风机和真空吸尘以除去由于激光划线而导致松动的背电极材料，并对经激光划线的基片进行检测，在所述组件装配站焊接母线和引线制得钙钛矿太阳能电池板，在所述组件封装站利用合适的封装材料将制得的钙钛矿太阳能电池板进行封装成为钙钛矿太阳能电池成品。
6.如权利要求5所述的沉浸式制备钙钛矿太阳能电池的设备，其特征在于，在所述第二激光划线清理站与第六沉积站之间还设置有第五沉积站用于沉积钙钛矿太阳能电池的缓冲层。
7.如权利要求5所述的沉浸式制备钙钛矿太阳能电池的设备，其特征在于，在所述第三激光划线清理站与组件装配站之间还设置有效率测试中心，所述效率测试中心用于在规定的光照条件下测试制得的钙钛矿太阳能电池产品的光电转换效率。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113451516A (zh) * 2021-06-29 2021-09-28 无锡极电光能科技有限公司 制备钙钛矿吸收层的设备和方法及其应用
CN113471367B (zh) * 2021-06-30 2023-11-28 无锡极电光能科技有限公司 制备钙钛矿膜层的系统和方法及其应用
CN113644209B (zh) * 2021-08-11 2024-02-02 无锡极电光能科技有限公司 一种钙钛矿膜层的制备方法、制备装置以及钙钛矿太阳能电池
CN114300625A (zh) * 2021-11-30 2022-04-08 西安隆基乐叶光伏科技有限公司 钙钛矿层制备方法、钙钛矿电池及叠层电池
DE102022129636A1 (de) * 2022-11-09 2024-05-16 Hanwha Q Cells Gmbh Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle
CN115957947B (zh) * 2022-11-29 2023-08-29 北京大学长三角光电科学研究院 涂布印刷方法及设备
CN116477584A (zh) * 2023-04-20 2023-07-25 中国科学院化学研究所 一种近空间废旧硒光伏电池回收利用硒的方法
CN117119859B (zh) * 2023-10-18 2024-01-23 深圳市汉嵙新材料技术有限公司 钙钛矿太阳电池的制备装置及钙钛矿太阳电池的制备方法

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5994642A (en) * 1996-05-28 1999-11-30 Matsushita Battery Industrial Co., Ltd. Method for preparing CdTe film and solar cell using the same
JP2005191584A (ja) * 2005-01-14 2005-07-14 Kaneka Corp 集積化薄膜太陽電池
CN101908575A (zh) * 2009-06-03 2010-12-08 中芯国际集成电路制造(北京)有限公司 制造太阳能电池的方法
CN101906847A (zh) * 2009-06-05 2010-12-08 廊坊新奥光伏集成有限公司 一种光电幕墙玻璃
CN104393109A (zh) * 2014-10-28 2015-03-04 合肥工业大学 一种钙钛矿太阳能电池的化学气相沉积制备方法
CN105762168A (zh) * 2016-04-18 2016-07-13 华中科技大学 一种钙钛矿太阳能电池与超级电容器集成件及其制备方法
CN106098948A (zh) * 2016-06-13 2016-11-09 上海大学 单步闪蒸法生长大尺寸晶粒的钙钛矿薄膜及平面型太阳能电池的制备方法
CN106252460A (zh) * 2016-08-15 2016-12-21 常州大学 一种大面积钙钛矿太阳能电池的制作方法及系统
CN106661729A (zh) * 2014-08-21 2017-05-10 学校法人冲绳科学技术大学院大学学园 用于制造钙钛矿膜的基于低压化学气相沉积的系统和方法
CN106953015A (zh) * 2017-04-01 2017-07-14 武汉理工大学 一种高效率大面积钙钛矿太阳能电池的制备方法
CN106981500A (zh) * 2017-02-16 2017-07-25 上海大学 全钙钛矿的太阳能电池和led显示集成系统及其制备方法
CN206408291U (zh) * 2016-08-25 2017-08-15 杭州纤纳光电科技有限公司 一种钙钛矿层薄膜的成型设备及其应用
CN107058973A (zh) * 2017-03-10 2017-08-18 常州大学 大面积钙钛矿薄膜的制备设备

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030044539A1 (en) * 2001-02-06 2003-03-06 Oswald Robert S. Process for producing photovoltaic devices
US8557045B2 (en) * 2008-08-26 2013-10-15 Colorado State University Research Foundation Apparatus and method for fabricating photovoltaic modules using heated pocket deposition in a vacuum
US10403836B2 (en) * 2013-11-12 2019-09-03 The Regents Of The University Of California Sequential processing with vapor treatment of thin films of organic-inorganic perovskite materials
WO2016143525A1 (ja) * 2015-03-06 2016-09-15 富士フイルム株式会社 光電変換素子および太陽電池

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5994642A (en) * 1996-05-28 1999-11-30 Matsushita Battery Industrial Co., Ltd. Method for preparing CdTe film and solar cell using the same
JP2005191584A (ja) * 2005-01-14 2005-07-14 Kaneka Corp 集積化薄膜太陽電池
CN101908575A (zh) * 2009-06-03 2010-12-08 中芯国际集成电路制造(北京)有限公司 制造太阳能电池的方法
CN101906847A (zh) * 2009-06-05 2010-12-08 廊坊新奥光伏集成有限公司 一种光电幕墙玻璃
CN106661729A (zh) * 2014-08-21 2017-05-10 学校法人冲绳科学技术大学院大学学园 用于制造钙钛矿膜的基于低压化学气相沉积的系统和方法
CN104393109A (zh) * 2014-10-28 2015-03-04 合肥工业大学 一种钙钛矿太阳能电池的化学气相沉积制备方法
CN105762168A (zh) * 2016-04-18 2016-07-13 华中科技大学 一种钙钛矿太阳能电池与超级电容器集成件及其制备方法
CN106098948A (zh) * 2016-06-13 2016-11-09 上海大学 单步闪蒸法生长大尺寸晶粒的钙钛矿薄膜及平面型太阳能电池的制备方法
CN106252460A (zh) * 2016-08-15 2016-12-21 常州大学 一种大面积钙钛矿太阳能电池的制作方法及系统
CN206408291U (zh) * 2016-08-25 2017-08-15 杭州纤纳光电科技有限公司 一种钙钛矿层薄膜的成型设备及其应用
CN106981500A (zh) * 2017-02-16 2017-07-25 上海大学 全钙钛矿的太阳能电池和led显示集成系统及其制备方法
CN107058973A (zh) * 2017-03-10 2017-08-18 常州大学 大面积钙钛矿薄膜的制备设备
CN106953015A (zh) * 2017-04-01 2017-07-14 武汉理工大学 一种高效率大面积钙钛矿太阳能电池的制备方法

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