CN218039273U - 具备连续投料功能的钙钛矿膜层升华系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具备连续投料功能的钙钛矿膜层升华系统。该系统包括近空间升华设备和基片加热退火设备；近空间升华设备包括准备腔室、升华腔室和出片腔室，其中，升华腔室与准备腔室连通，升华腔室内设有升华源、基底载台、投料管道和投料装置，投料管道从升华腔室上方伸入到升华腔室内且投料管道的出料口位于升华源正上方，出料口处设有第二阀门，投料装置可拆卸的安装于投料管道上；出片腔室与升华腔室连通，基片加热退火设备与出片腔室连通。该系统可以制备大面积均匀的钙钛矿膜层，沉积速率高，沉积时间短，同时采用了投料装置，实现了不破升华腔室真空的前提下完成前驱体物料的持续加入，保证生产的连续性，进一步提高了生产效率。

Description

具备连续投料功能的钙钛矿膜层升华系统

技术领域

本实用新型涉及一种钙钛矿膜层升华系统，具体涉及一种具备连续投料功能的钙钛矿膜层升华系统。

背景技术

目前制备钙钛矿太阳能电池的方法有很多，如旋涂法、真空法、刮涂法及喷涂法等。这些方法可大致分为溶液法和真空法，溶液法就是把钙钛矿的前驱体材料全部溶解在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)或二甲基亚砜(DMSO)等有机溶剂中，通过旋涂法、刮涂法、喷涂法或狭缝涂布法(Slot-die)等制备钙钛矿膜层，但是溶液法只适用于旋涂法制备小面积的钙钛矿电池或在较小面积基底上刮涂或狭缝涂布(Slot-die)制备小型钙钛矿组件，而且溶液法很难在粗糙或有缺陷的衬底上实现完全覆盖，因此并不适合在绒面基底及不平整基底上制备均匀的膜层。真空法是通过热蒸发法、溅射法、近空间升华法(CSS)和气相输运法(VTD)等在真空状态下把钙钛矿的前驱体材料直接制备到衬底上，全程没有溶剂参与。特别是近空间升华是一种具有广泛使用价值的薄膜制备方法，近空间升华法具有沉积速率快、材料利用率较高、节省能耗等优点，还可实现连续给料，是一种具有产业化前景的制备方法。同时真空法可在不同粗糙度或形貌的衬底上保形沉积钙钛矿膜层，但是传统的真空蒸发法不能连续投料，需要频繁的开腔投料，严重影响生产效率。这会导致前驱材料利用率较低、生产节拍较慢、能耗偏高等一系列问题。

因此，现有的真空法制备钙钛矿膜层的设备有待改进。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种具备连续投料功能的钙钛矿膜层升华系统，该系统不依赖基底的平整度，可在绒面基底上或较大粗糙度的基底上制备大面积均匀的钙钛矿膜层，沉积速率高，沉积时间短，且采用的前驱体物料种类多，可以制备各种类型的钙钛矿膜层，同时采用了投料装置，实现了不破升华腔室真空的前提下完成前驱体物料的持续加入，保证生产的连续性，进一步提高了生产效率。

本实用新型公开了一种具备连续投料功能的钙钛矿膜层升华系统。根据本实用新型的实施例，该系统包括：

近空间升华设备，所述近空间升华设备包括：

准备腔室，所述准备腔室上设有基片进口和第一抽气口，在所述基片进口处设有进口阀门；

升华腔室，所述升华腔室与所述准备腔室连通，在所述升华腔室与所述准备腔室连通处设有第一阀门，所述升华腔室内设有升华源、基底载台、投料管道和投料装置，所述投料管道从所述升华腔室上方伸入到所述升华腔室内且所述投料管道的出料口位于所述升华源正上方，所述出料口处设有第二阀门，所述投料装置可拆卸的安装于所述投料管道上；

出片腔室，所述出片腔室与所述升华腔室连通，在所述出片腔室与所述升华腔室连通处设有第三阀门，所述出片腔室上设有基片出口和第二抽气口；

基片加热退火设备，所述基片加热退火设备与所述出片腔室连通。

根据本实用新型上述具备连续投料功能的钙钛矿膜层升华系统，包括近空间升华设备和基片加热退火设备，近空间升华设备包括准备腔室、升华腔室和出片腔室，在制备钙钛矿膜层时，首先打开准备腔室上的进口阀门，基片从准备腔室上的基片进口进入准备腔室，然后关闭进口阀门，通过准备腔室上的第一抽气口进行抽真空，使准备腔室达到要求的真空度，然后打开升华腔室和准备腔室连通处的第一阀门，基片置于升华腔室内的基底载台上，基片位于升华源正上方时，关闭第一阀门，启动升华源上的加热装置，升华源内的前驱体物料在高温下升华沉积在基片上，在此过程中，如果需要给升华源中加入新的前驱体物料，只需要将基片传输至升华源之上以外区域，然后打开投料装置下方投料管道出料口处的第二阀门，升华腔室上的投料装置内的前驱体物料通过升华源正上方的投料管道落入到升华源内，从而实现了不破升华腔室真空度的前提下，完成升华源前驱体物料的加入。然后通过出片腔室上的第二抽气口进行抽真空，使出片腔室达到要求的真空度，打开出片腔室与升华腔室连通处的第三阀门，将升华腔室内升华沉积完的基片传输至出片腔室，然后关闭第三阀门，打开基片加热退火设备与出片腔室连通处的第四阀门，基片从出片腔室上的基片出口进入基片加热退火设备发生化学反应，形成钙钛矿膜层。该系统不依赖基底的平整度，可在绒面基底上或较大粗糙度的基底上制备大面积均匀的钙钛矿膜层，沉积速率高，沉积时间短，且采用的前驱体物料种类多，可以制备各种类型的钙钛矿膜层，同时采用了投料装置，实现了不破升华腔室真空的前提下完成前驱体物料的持续加入，保证生产的连续性，进一步提高了生产效率。

另外，根据本实用新型上述实施例的具备连续投料功能的钙钛矿膜层升华系统还可以具有如下技术特征：

在本实用新型的一些实施例中，所述投料装置包括：第一投料腔，所述第一投料腔上方设有第一进料口，所述第一进料口处设有第一进料口阀门，所述第一投料腔的侧壁上开设有第一惰性气体入口和第一惰性气体出口，所述第一惰性气体入口设有第一气体入口阀门，所述第一惰性气体出口设有第一气体出口阀门，所述第一投料腔的下方设有投料腔下管道，所述投料腔下管道可拆卸安装于所述投料管道上；第一螺旋，所述第一螺旋可旋转地竖直设在所述第一投料腔内，所述第一螺旋的下端位于所述投料腔下管道内，所述投料腔下管道的内径与所述第一螺旋的螺纹外径差值不大于2mm；质量计量器，所述质量计量器设在所述投料腔下管道内且位于所述第一螺旋的下方。由此，可以实现在不破升华腔室真空度的前提下将前驱体物料的持续加入升华源内。

在本实用新型的一些实施例中，所述投料装置包括：排气进料仓，所述排气进料仓的侧壁上设置有第二惰性气体入口，所述第二惰性气体入口处设有第二气体入口阀门，所述排气进料仓的上端开设有第二惰性气体出口，所述惰性气体出口处设有第二气体出口阀门，所述排气进料仓的下方设有进料仓下管道，所述进料仓下管道可拆卸安装于所述投料管道上；第二投料腔，所述第二投料腔与所述排气进料仓连通，所述第二投料腔的上方开设第二进料口，所述第二进料口处设有第二进料口阀门；第二螺旋，所述第二螺旋可旋转且水平设置在所述第二投料腔内，所述第二螺旋前进端伸入所述排气进料仓内且位于所述进料仓下管道上方，所述排气进料仓和所述第二投料腔的连通处的腔壁内径与所述第二螺旋的螺纹外径差值不大于2mm；质量计量器，所述质量计量器安装于所述进料仓下管道内。由此，可以实现在不破升华腔室真空度的前提下将前驱体物料的持续加入升华源内。

在本实用新型的一些实施例中，所述升华腔室内设有多个升华源和投料装置，所述升华源与所述投料装置一一对应设置。由此，可以实现多种前驱体物料的升华沉积或同时升华沉积多个基片。

在本实用新型的一些实施例中，所述升华腔室上安装压力调节阀和压力监控仪。由此，可以通过气体的补给或排出对升华腔室进行压力调节以及实时监测升华腔室内的气压。

在本实用新型的一些实施例中，所述升华腔室内安装有浓度检测仪。由此，可以实时监测腔室内有机组分的气体浓度。

在本实用新型的一些实施例中，在所述升华腔室与所述准备腔室连通处安装有温控装置，在所述升华腔室与所述出片腔室连通处安装有温控装置。由此，可以将无机前驱体气体凝结在管壁上，防止对准备腔室和出片腔室进行污染。

在本实用新型的一些实施例中，所述出片腔室内安装有在线成分监测与反馈装置。由此，可以精确控制钙钛矿膜层中各种前驱体物料的含量。

在本实用新型的一些实施例中，所述基底载台包括具有镂空结构的基片支架，所述基底载台与传动装置相连。由此，可以使基片的沉积膜层面朝下放置，实现基片上前驱体物料的升华沉积。

在本实用新型的一些实施例中，所述基片加热退火设备包括：退火准备腔室，所述退火准备腔室上设置有退火基片进口和第三抽气口，所述退火基片进口与所述基片出口连接，所述基片出口设有第四阀门；退火腔室，所述退火腔室与所述退火准备腔室连通，在所述退火腔室与所述退火准备腔室连通处安装有第五阀门，沿远离所述退火准备腔室的方向，所述退火腔室依次包括低温保温区、高温保温区和降温区；退火出片腔室，所述退火出片腔室与所述退火腔室相连通，在所述退火出片腔室与所述退火腔室连通处安装有第六阀门，所述退火出片腔室上设置有退火基片出口和第四抽气口。由此，可以使上述升华沉积的各种前驱体物料进行化学反应，形成钙钛矿膜层。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型实施例的具备连续投料功能的钙钛矿膜层升华系统的结构图；

图2是本实用新型实施例的升华源俯视图；

图3是本实用新型实施例的投料装置结构图；

图4是本实用新型实施例的投料装置结构图；

图5是本实用新型实施例的基片加热退火设备结构示意图；

图6是本实用新型实施例的钙钛矿太阳能电池的结构图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型提出了一种具备连续投料功能的钙钛矿膜层升华系统。根据本实用新型的实施例，参考图1，该系统包括：近空间升华设备100和基片加热退火设备200。

根据本发明的实施例，参考图1，近空间升华设备100包括准备腔室110、升华腔室120和出片腔室130。

根据本发明的实施例，参考图1，准备腔室110上设有基片进口111和第一抽气口113，在基片进口111处设有进口阀门112。打开进口阀门112，基片从基片进口111进入准备腔室110中，然后关闭进口阀门112，从第一抽气口113处抽真空，使准备腔室110达到要求的真空度。需要说明的是，准备腔室110的内部空间可设置的较小，这样有利于使准备腔室110快速抽至低真空状态，同时基片进入准备腔室110前，可以在基片背表面进行覆膜或加盖挡板，防止基片背面沉积无机或有机前驱物。

根据本发明的实施例，参考图1，升华腔室120与准备腔室110连通，在升华腔室120与准备腔室110连通处设有第一阀门114，升华腔室120内设有升华源121、基底载台122、投料管道123和投料装置125，投料管道123从升华腔室120上方伸入到升华腔室120内且投料管道123的出料口(未示出)位于升华源121正上方，出料口处设有第二阀门124，投料装置125可拆卸的安装于投料管道123上。打开第一阀门114，基片置于基底载台122上，进入具有一定真空度的升华腔室120，且基片位于升华源121正上方，关闭第一阀门114，启动升华源121上的加热装置，升华源121内的前驱体物料在高温下升华沉积在基底载台122上的基片上，在此过程中，如果需要给升华源121中加入新的前驱体物料，不需要重新打开升华腔室120，此时，只需要将基片传输至升华源121上方以外区域，打开第二阀门124，升华腔室120上的投管装置125内的前驱体物料通过升华源121正上方的投料管道123落入到升华源121内，从而实现了不破升华腔室120真空度的前提下，完成升华源121前驱体物料的加入。需要说明的是，第二阀门124可设于升华腔室120内的投料管道123上，采用电磁控的方式控制第二阀门124的开关，也可设于升华腔室120外的投料管道123上，采用手动方式控制第二阀门124的开关。本领域人员可以理解的是，对于升华源121的温度，本领域技术人员可根据升华的具体物料进行选择，例如，本申请升华源121的温度控制在80-800℃，对于升华源121采用的材质，本领域技术人员也可根据实际进行选择，例如升华源121的材质包括但不限于石墨、具有耐高温耐腐蚀涂层的金属或具有耐高温耐腐蚀涂层的合金材质。

根据本发明的实施例，参考图1，升华腔室120内设有多个升华源121和投料装置125，升华源121与投料装置125一一对应设置。通过在升华腔室120内设置多个升华源121，可以实现多种前驱体物料的升华沉积或同时升华沉积多个基片，当某个升华源121需要添加前驱体物料时，只需采用该升华源121正上方一一对应设置的投料装置125完成前驱体物料的添加。本领域技术人员可以理解的是，对于升华源分布方式，本领域技术人员可根据实际进行选择，例如，若用ACBX₃表示钙钛矿组分，三种前驱体材料可表示为AX、BX₂和CX。参考图2，上述每种前驱体材料有3个升华源121，第一列的3个升华源121内盛放AX，第二列的3个升华源121内盛放BX₂，第三列的3个升华源121内盛放CX，加热升华源121，基片从左往右依次升华沉积AX、BX₂和CX，其中加热的温度根据不同的前驱体物料类型进行选择，即每个升华源121的温度控制是相互独立的，沉积好的样品基片即可进入基片加热退火设备进行反应形成钙钛矿膜层，上述反应机理为：AX+BX₂+CX→ACBX₃。根据不同的前驱体物料，具体的反应过程不同，例如：PbI₂+MAI→MAPbI₃或PbI₂+FAI+CsI→Cs_xFA_(1-x)PbI₃或PbI₂+MAI+FAI→MA_xFA_(1-x)PbI₃或PbI₂+FAI+MABr+MACl→MA_xFA_(1-x)PbIyBrzCl_(3-y-zx)或PbI₂+CsI+FAI+MABr+MACl→MA_xFAyCs_(1-x-y)PbImBrnCl_(3-m-n)。需要说明的是，本领域技术人员可根据工艺要求，改变前驱体材料种类和数量，以及每种前驱体材料的升华源121的数量。进一步地，基底载台122包括具有镂空结构的基片支架，基底载台与传动装置相连。由此，可以使基片的沉积膜层面朝下放置，实现基片上前驱体物料的升华沉积。

根据本发明的实施例，参考图1，升华腔室120上安装压力调节阀127和压力监控仪128。由此，可以通过气体的补给或排出对升华腔室120进行压力调节以及实时监测升华腔室120内的气压。进一步地，升华腔室120内安装有浓度检测仪129。由此，可以实时监测升华腔室120内有机组分的气体浓度。

根据本发明的一个实施例，参考图3，投料装置125包括第一投料腔310、第一螺旋320和质量计量器330。第一投料腔310上方设有第一进料口311，第一进料口311处设有第一进料口阀门312，第一投料腔310的侧壁上开设有第一惰性气体入口313和第一惰性气体出口315，第一惰性气体入口313设有第一气体入口阀门314，第一惰性气体出口315设有第一气体出口阀门316，第一投料腔310的下方设有投料腔下管道317，投料腔下管道317可拆卸安装于投料管道123上；第一螺旋320可旋转地竖直设在第一投料腔310内，第一螺旋320的下端位于投料腔下管道317内，投料腔下管道317的内径与第一螺旋320的螺纹外径差值不大于2mm；第一质量计量器330设在投料腔下管道317内且位于第一螺旋320的下方。在升华腔室120进行真空升华沉积过程中，第二阀门124处于关闭状态，当升华源121需要加入前驱体物料时，首先打开第一气体入口阀门314和第一气体出口阀门316，使惰性气体从第一惰性气体入口313进入第一投料腔310中，然后从第一惰性气体出口315排出，由此来排空第一投料腔310中的空气、水分等，等第一投料腔310中的空气、水分排出后，打开第一进料口阀门312，从第一进料口311处向第一投料腔310中加入前驱体物料，然后关闭第一进料口阀门312、第一气体入口阀门314和第一气体出口阀门316；第一螺旋320在传动装置的带动下向下旋转，前驱体物料在第一螺旋320的螺纹内被带动着沿着投料腔下管道317向下运动，通过第一螺旋320旋转进行定时定量投料。第一质量计量器330对前驱体物料进行准备称量记录，当达到需要的质量时，第一螺旋320停止转动，打开第二阀门124，第一质量计量器330上的前驱体物料掉入升华源121内，然后关闭第二阀门124，进行真空升华沉积。由此，采用该投料装置在不破升华腔室真空的前提下完成前驱体物料的持续加入，保证生产的连续性。

根据本发明的再一个实施例，参考图4，投料装置125包括排气进料仓340、第二投料腔350、第二螺旋360和第二质量计量器370。排气进料仓340的侧壁上设置有第二惰性气体入口341，第二惰性气体入口341处设有第二气体入口阀门342，排气进料仓340的上端开设有第二惰性气体出口343，惰性气体出口343处设有第二气体出口阀门344，排气进料仓340的下方设有进料仓下管道345，进料仓下管道345可拆卸安装于投料管道123上；第二投料腔350与排气进料仓340连通，第二投料腔350的上方开设第二进料口351，第二进料口351处设有第二进料口阀门352；第二螺旋360可旋转且水平设置在第二投料腔内350，第二螺旋360前进端伸入排气进料仓340内且位于进料仓下管道345上方，排气进料仓340和第二投料腔350的连通处的腔壁内径与第二螺旋360的螺纹外径差值不大于2mm；第二质量计量器370安装于进料仓下管道345内。在真空升华沉积过程中，第二阀门124处于关闭状态，当升华源121需要加入前驱体物料时，首先打开第二气体入口阀门342和第二气体出口阀门344，使惰性气体从第二惰性气体入口341进入排气进料仓340中，然后从第二惰性气体出口343排出，由此来排空排气进料仓340中的空气、水分等，等排气进料仓340中的空气、水分排出后，关闭第二气体入口阀门342和第二气体出口阀门344，然后打开第二进料口阀门352，从第二进料口351处向第二投料腔内350中加入前驱体物料，然后关闭第二进料口阀门352，第二螺旋360在传动装置的带动下的向排气进料仓340内旋转，前驱体物料在第二螺旋360的螺纹内被带动进入排气进料仓340内，依靠自身重力掉入第二质量计量器370上，第二质量计量器370对前驱体物料进行准备称量记录，当达到需要的质量时，第二螺旋360停止转动，打开第二阀门124，第二质量计量器370上的前驱体物料掉入升华源121内，然后关闭第二阀门124，进行真空升华沉积。由此，采用该投料装置在不破升华腔室真空的前提下完成前驱体物料的持续加入，保证生产的连续性。

根据本发明的实施例，参考图1，出片腔室130与升华腔室120连通，在出片腔室130与升华腔室120连通处设有第三阀门126，出片腔室130上设有基片出口131和第二抽气口133。从第二抽气口133抽真空，使出片腔室130达到要求的真空度，打开第三阀门126，将升华腔室120内升华沉积完的基片传输至出片腔室130，然后关闭第三阀门126。出片腔室130与基片加热退火设备200连通，打开第四阀门132，基片从基片出口进131入基片加热退火设备200内发生化学反应，形成钙钛矿膜层。

根据本发明的实施例，参考图1，在升华腔室120与准备腔室110连通处安装有温控装置115，在升华腔室120与出片腔室130连通处安装有温控装置115。由此，可以将无机前驱体气体凝结在管壁上，防止对准备腔室和出片腔室进行污染。进一步地，出片腔室130内安装有在线成分监测与反馈装置134。由此，可以精确控制钙钛矿膜层中各种前驱体物料的含量。

根据本发明的实施例，参考图1和图5，基片加热退火设备包括退火准备腔室210、退火腔室220和退火出片腔室230。退火准备腔室210上设置有退火基片进口211和第三抽气口212，退火基片进口211与基片出口131连接，基片出口131设有第四阀门132；退火腔室220与退火准备腔室210连通，在退火腔室220与退火准备腔室210连通处安装有第五阀门213，沿远离退火准备腔室210的方向，退火腔室220依次包括低温保温区221、高温保温区222和降温区223；退火出片腔室230与退火腔室220相连通，在退火出片腔室230与退火腔室220连通处安装有第六阀门233，退火出片腔室230上设置有退火基片出口231和第四抽气口232。打开第四阀门132，基片224从退火基片进口211进入退火准备腔室210，然后关闭退火基片进口211，通过第三抽气口212抽真空，使退火准备腔室210达到要求的真空度，打开第五阀门213，基片224在传输带225上依次进入退火腔室220的低温保温区221、高温保温区222和降温区223发生化学反应，形成钙钛矿膜层。通过第四抽气口232抽真空，使退火出片腔室230内达到要求的真空度，打开第六阀门233，基片224传输至退火出片腔室230，进而通过退火基片出口231传出系统。需要说明的是，本领域技术人员可根据实际对低温保温区221和高温保温区222的温度和降温区223的降温方式进行选择，例如本申请的低温保温区221可通过电热丝226加热使温度范围为50℃-120℃，高温保温区222可通过电热丝226加热使温度范围为100℃-180℃，降温区223可通过吹风或冷却等方式使基片降至室温。本领域技术人员可以理解的是退火腔室220的长度与传送带225的速度和钙钛矿膜层的退火时间相匹配，本领域技术人员可根据实际进行选择，例如传送带速度范围为0.1-6m/min，钙钛矿膜层的退火时间为10-60min。

由此，该系统不依赖基底的平整度，可在绒面基底上或较大粗糙度的基底上制备大面积均匀的钙钛矿膜层，沉积速率高，沉积时间短，且采用的前驱体物料种类多，可以制备各种类型的钙钛矿膜层，同时采用了投料装置，实现了不破升华腔室真空的前提下完成前驱体物料的持续加入，保证生产的连续性，进一步提高了生产效率。

根据本发明的实施例，参考图6，在本申请制备的钙钛矿膜层的基础上，钙钛矿太阳能电池从下至上依次包括导电基底10、第一电荷传输层20、钙钛矿吸收层30、第二电荷传输层40和背电极50。钙钛矿吸收层30采用本申请的系统制备。需要说明的是，导电基底10、第一电荷传输层20、第二电荷传输层40和背电极50是本领域常规组件，本领域技术人员可根据实际对导电基底10、第一电荷传输层20、第二电荷传输层40和背电极50的具体类型和制备方法进行选择。例如，导电基底10包括掺锡氧化铟导电玻璃、掺氟氧化锡导电玻璃、钙钛矿-硅叠层太阳电池的晶硅绒面基底或其他绒面基底。第一电荷传输层20包括硫氰酸亚铜、碘化亚铜、氧化亚铜、氧化镍、五氧化二钒、三氧化钼、Spiro-OMeTAD、P3HT、PTAA、PEDOT:PSS、二氧化钛、二氧化锡、富勒烯、氧化锌或PCBM。第一电荷传输层20的制备方法包括蒸发法、溅射法、化学浴沉积法、前驱溶液旋涂法、前驱溶液刮涂法或Slot-die法，且第一电荷传输层20的厚度范围是0.1nm-50nm。第二电荷传输层40包括硫氰酸亚铜、碘化亚铜、氧化亚铜、氧化镍、五氧化二钒、三氧化钼、Spiro-OMeTAD、P3HT、PTAA、PEDOT:PSS、二氧化钛、二氧化锡、富勒烯、氧化锌或PCBM。第二电荷传输层40的制备方法包括蒸发法、溅射法、前驱溶液旋涂法、前驱溶液刮涂法或Slot-die法，且第二电荷传输层40厚度范围是5nm-50nm。背电极50包括银电极、铜电极、金电极、铝电极、钼电极、铬电极、掺锡氧化铟、掺氟氧化锡或氧化锌，背电极50厚度范围为40nm-100nm，背电极50制备方法有蒸发法或溅射法。

下面参考具体实施例，对本实用新型进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本实用新型。

实施例1

用旋涂法在ITO导电玻璃上制备一层硫氰酸亚铜薄膜，参考图1，打开准备腔室上的进口阀门，样品基片从准备腔室上的基片进口进入准备腔室，然后关闭进口阀门，通过准备腔室上的第一抽气口进行抽真空，使准备腔室达到要求的真空度，然后打开升华腔室和准备腔室连通处的第一阀门，样品基片置于升华腔室内的基底载台上，样品基片位于升华源正上方时，关闭第一阀门，启动升华源上的加热装置，升华源内的前驱体物料在高温下升华沉积在样品基片上，具体地，PbI₂升华源的温度为290℃，FAI升华源的温度为220℃，MAI升华源的温度为160℃，通过调控压力调节阀使升华腔室的压力稳定在10Pa。依次在上述样品基片依次沉积PbI₂、FAI和MAI，沉积厚度为460nm。当材料不足时，暂停样品基片传输，开启投料装置，具体地，首先开启N₂进气口和N₂出气口，将投料腔中的空气、水分排出，N₂持续流通10min后，然后将物料通过进料口加入投料腔后，关闭N₂进气口阀门、N₂出气口阀门和进料口阀门，启动螺旋旋转，通过质量计量器对物料进行准确称量记录，达到要求质量后，开启投料腔下管道上的阀门，物料落入升华源内。投料完毕后，关闭投料腔下管道上的阀门，继续传输基片。样品基片沉积完毕后，样品基片进入基片加热退火设备，在退火腔室加热作用下，有机前驱物与无机前驱物发生化学反应形成钙钛矿膜层。再在钙钛矿膜层上蒸发20nm厚的C₆₀，再蒸发60nm厚的Cu电极，最终制备出钙钛矿太阳能电池。

实施例1中采用本申请的系统制备钙钛矿薄膜地效率可达120片/h。

实施例2

用溅射法在FTO导电玻璃上制备一层氧化镍薄膜，参考图1，打开准备腔室上的进口阀门，样品基片从准备腔室上的基片进口进入准备腔室，然后关闭进口阀门，通过准备腔室上的第一抽气口进行抽真空，使准备腔室达到要求的真空度，然后打开升华腔室和准备腔室连通处的第一阀门，样品基片置于升华腔室内的基底载台上，样品基片位于升华源正上方时，关闭第一阀门，启动升华源上的加热装置，升华源内的前驱体物料在高温下升华沉积在样品基片上，具体地，PbI₂升华源的温度为280℃，CsBr升华源的温度为510℃，FAI升华源的温度为210℃，通过调控压力调节阀使腔室压力稳定在15Pa。依次在上述样品基片依次沉积PbI₂、CsBr和FAI，沉积厚度为500nm。当材料不足时，暂停样品基片传输，开启投料装置，具体的，首先开启N₂进气口和N₂出气口，将投料腔中的空气、水分排出，N₂持续流通10min后，然后将物料通过进料口加入投料腔后，关闭N₂进气口阀门、N₂出气口阀门和进料口阀门，启动螺旋旋转，通过质量计量器对物料进行准确称量记录，达到要求质量后，开启投料腔下管道上的阀门，物料落入升华源内。投料完毕后，关闭投料腔下管道上的阀门，继续传输基片。样品基片沉积完毕后，样品基片进入基片加热退火设备，在退火腔室加热作用下，有机前驱物与无机前驱物发生化学反应形成钙钛矿膜层。再在钙钛矿膜层上蒸发20nm厚的PCBM，再蒸发50nm厚的Ag电极。最终制备出钙钛矿太阳能电池。

实施例2中采用本申请的系统制备钙钛矿薄膜地效率可达120片/h。

实施例3

用蒸发法在ITO导电玻璃上制备一层PTAA薄膜，参考图1，打开准备腔室上的进口阀门，样品基片从准备腔室上的基片进口进入准备腔室，然后关闭进口阀门，通过准备腔室上的第一抽气口进行抽真空，使准备腔室达到要求的真空度，然后打开升华腔室和准备腔室连通处的第一阀门，样品基片置于升华腔室内的基底载台上，样品基片位于升华源正上方时，关闭第一阀门，启动升华源上的加热装置，升华源内的前驱体物料在高温下升华沉积在样品基片上，具体地，PbI₂升华源的温度为300℃，CsI升华源的温度为430℃，FAI升华源的温度为200℃，MABr升华源的温度为150℃，通过调控压力调节阀使腔室压力稳定在40Pa。依次在上述样品基片依次沉积PbI₂、CsI、FAI和MABr，沉积厚度为520nm。当材料不足时，暂停样品基片传输，开启投料装置，具体的，首先开启N₂进气口和N₂出气口，将投料腔中的空气、水分排出，N₂持续流通10min后，然后将物料通过进料口加入投料腔后，关闭N₂进气口阀门、N₂出气口阀门和进料口阀门，启动螺旋旋转，通过质量计量器对物料进行准确称量记录，达到要求质量后，开启投料腔下管道上的阀门，物料落入升华源内。投料完毕后，关闭投料腔下管道上的阀门，继续传输基片。样品基片沉积完毕后，样品基片进入基片加热退火设备，在退火腔室加热作用下，有机前驱物与无机前驱物发生化学反应形成钙钛矿膜层。再在钙钛矿膜层上分别蒸发20nm厚的C₆₀，再蒸发5nm厚的BCP。最后蒸发60nm厚的Cu电极，最终制备出钙钛矿太阳能电池。

实施例3中采用本申请的系统制备钙钛矿薄膜地效率可达120片/h。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种具备连续投料功能的钙钛矿膜层升华系统，其特征在于，包括：

近空间升华设备，所述近空间升华设备包括：

准备腔室，所述准备腔室上设有基片进口和第一抽气口，在所述基片进口处设有进口阀门；

升华腔室，所述升华腔室与所述准备腔室连通，在所述升华腔室与所述准备腔室连通处设有第一阀门，所述升华腔室内设有升华源、基底载台、投料管道和投料装置，所述投料管道从所述升华腔室上方伸入到所述升华腔室内且所述投料管道的出料口位于所述升华源正上方，所述出料口处设有第二阀门，所述投料装置可拆卸的安装于所述投料管道上；

出片腔室，所述出片腔室与所述升华腔室连通，在所述出片腔室与所述升华腔室连通处设有第三阀门，所述出片腔室上设有基片出口和第二抽气口；

基片加热退火设备，所述基片加热退火设备与所述出片腔室连通，所述基片加热退火设备与所述出片腔室连通处设有第四阀门。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述投料装置包括：

第一投料腔，所述第一投料腔上方设有第一进料口，所述第一进料口处设有第一进料口阀门，所述第一投料腔的侧壁上开设有第一惰性气体入口和第一惰性气体出口，所述第一惰性气体入口设有第一气体入口阀门，所述第一惰性气体出口设有第一气体出口阀门，所述第一投料腔的下方设有投料腔下管道，所述投料腔下管道可拆卸安装于所述投料管道上；

第一螺旋，所述第一螺旋可旋转地竖直设在所述第一投料腔内，所述第一螺旋的下端位于所述投料腔下管道内，所述投料腔下管道的内径与所述第一螺旋的螺纹外径差值不大于2mm；

质量计量器，所述质量计量器设在所述投料腔下管道内且位于所述第一螺旋的下方。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述投料装置包括：

排气进料仓，所述排气进料仓的侧壁上设置有第二惰性气体入口，所述第二惰性气体入口处设有第二气体入口阀门，所述排气进料仓的上端开设有第二惰性气体出口，所述惰性气体出口处设有第二气体出口阀门，所述排气进料仓的下方设有进料仓下管道，所述进料仓下管道可拆卸安装于所述投料管道上；

第二投料腔，所述第二投料腔与所述排气进料仓连通，所述第二投料腔的上方开设第二进料口，所述第二进料口处设有第二进料口阀门；

第二螺旋，所述第二螺旋可旋转且水平设置在所述第二投料腔内，所述第二螺旋前进端伸入所述排气进料仓内且位于所述进料仓下管道上方，所述排气进料仓和所述第二投料腔的连通处的腔壁内径与所述第二螺旋的螺纹外径差值不大于2mm；

质量计量器，所述质量计量器安装于所述进料仓下管道内。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其特征在于，所述升华腔室内设有多个升华源和投料装置，所述升华源与所述投料装置一一对应设置。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其特征在于，所述升华腔室上安装压力调节阀和压力监控仪。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其特征在于，所述升华腔室内安装有浓度检测仪。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其特征在于，在所述升华腔室与所述准备腔室连通处安装有温控装置，在所述升华腔室与所述出片腔室连通处安装有温控装置。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其特征在于，所述出片腔室内安装有在线成分监测与反馈装置。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述基底载台包括具有镂空结构的基片支架，所述基底载台与传动装置相连。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述基片加热退火设备包括：

退火准备腔室，所述退火准备腔室上设置有退火基片进口和第三抽气口，所述退火基片进口与所述基片出口连接，所述基片出口设有所述第四阀门；

退火腔室，所述退火腔室与所述退火准备腔室连通，在所述退火腔室与所述退火准备腔室连通处安装有第五阀门，沿远离所述退火准备腔室的方向，所述退火腔室依次包括低温保温区、高温保温区和降温区；

退火出片腔室，所述退火出片腔室与所述退火腔室相连通，在所述退火出片腔室与所述退火腔室连通处安装有第六阀门，所述退火出片腔室上设置有退火基片出口和第四抽气口。

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