用于制造用于太阳能电池用途的钙钛矿膜的系统和方法与流程

文档序号:12288972阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种通过使用源材料AX和BX2制造用于太阳能电池用途的钙钛矿膜的系统,其中,AX是有机材料,该有机材料具有从由甲铵(MA)、甲脒(FA)和5-氨基戊酸(5-AVA)构成的组中选择的有机元素A和从由Cl、I及Br构成的组中选择的卤族元素X,或者具有两种或更多种有机材料的组合;BX2是金属卤化物材料,该金属卤化物材料具有从由Pb和Sn构成的组中选择的金属元素B以及从由Cl、I及Br构成的组中选择的卤族元素X,或者具有两种或更多种金属卤化物材料的组合,所述系统包括:

壳体,所述壳体用作真空室,所述壳体具有沿着垂直方向的侧部以及具有沿着水平方向的顶部和底部;

基板台,所述基板台联接至所述壳体的所述顶部并且构造为具有面向垂直向下的台表面,所述台表面用于供放置基板;

第一蒸发器单元,所述第一蒸发器单元联接至所述壳体的所述底部并且构造为生成BX2蒸汽;

第二蒸发器单元,所述第二蒸发器单元联接至所述壳体并且构造为生成AX蒸汽;以及

流动控制单元,所述流动控制单元联接至所述壳体,用于控制AX蒸汽在所述壳体中的循环,

其中,

所述第一蒸发器单元的水平截面形状的尺寸、所述基板台的水平截面形状的尺寸以及两个所述水平截面形状之间沿水平方向的相对位置被构造为使两个所述水平截面形状之间的重叠最大化。

2.根据权利要求1所述的系统,其中,

所述基板台的所述台表面被构造为具有用于收纳基板的区域,所述基板具有的尺寸为5cm′5cm或者更大,其中,所述基板是一件式基板或者是多个基板的集合。

3.根据权利要求1所述的系统,其中,

所述基板台、所述第一蒸发器单元、所述第二蒸发器单元和所述流动控制单元被构造为能够使BX2蒸汽的沉积顺着从所述第一蒸发器单元到所述基板的可视传送而基本具有方向性,同时能够使AX的沉积基于在所述壳体中循环的AX蒸汽而基本不具有方向性。

4.根据权利要求1所述的系统,其中,

所述流动控制单元被构造为控制AX蒸汽的循环以生成在所述基板上大致均匀的AX蒸汽的流动。

5.根据权利要求1所述的系统,其中,

所述流动控制单元包括风扇系统、泵系统或者它们的组合。

6.根据权利要求1所述的系统,该系统进一步包括:

第一遮蔽器,所述第一遮蔽器设置在所述基板台下方,并且构造为被移动以暴露或者覆盖所述基板台以控制BX2蒸汽在所述基板上的沉积;以及

第二遮蔽器,所述第二遮蔽器设置在所述第一蒸发器单元上方,并且构造为被移动以暴露或者覆盖所述第一蒸发器单元以控制BX2蒸汽的流动。

7.根据权利要求1所述的系统,其中,

所述基板台的温度被控制以在-190℃至200℃之间的范围中向所述基板提供均匀的冷却或者加热。

8.根据权利要求7所述的系统,其中,

所述基板台的温度被控制为使所述基板处于15℃至25℃之间的范围的室温下。

9.根据权利要求1所述的系统,其中,

控制与所述第一蒸发器单元关联的第一蒸发温度以调节用于生成BX2蒸汽的第一蒸发率。

10.根据权利要求9所述的系统,其中,

所述第一蒸发器单元包括:容器,所述容器用于容纳呈粉末形式的BX2;以及加热元件,所述加热元件被构造为均匀地加热所述容器,其中,控制所述加热元件以提供所述第一蒸发温度以调节用于生成BX2蒸汽的第一蒸发率。

11.根据权利要求1所述的系统,其中,

控制与所述第二蒸发器单元关联的第二蒸发温度以调节用于生成AX蒸汽的第二蒸发率。

12.根据权利要求11所述的系统,其中,

所述第二蒸发器单元包括:容器,所述容器用于包含呈粉末形式的AX;以及加热元件,所述加热元件构造为均匀地加热所述容器,其中,控制所述加热元件以提供所述第二蒸发温度以调节用于生成AX蒸汽的第二蒸发率。

13.根据权利要求1所述的系统,其中,

所述第二蒸发器单元联接至所述壳体的所述侧部。

14.根据权利要求1所述的系统,其中,

所述第二蒸发器单元联接至所述壳体的所述底部。

15.根据权利要求14所述的系统,该系统进一步包括:

防护件,所述防护件位于所述第一蒸发器单元和所述第二蒸发单元之间以降低它们之间的热干涉。

16.根据权利要求1所述的系统,其中,

所述第二蒸发器单元包括阀或者蒸发器遮蔽器,用于控制离开所述第二蒸发器单元的AX蒸汽的流量。

17.根据权利要求1所述的系统,该系统进一步包括:

闸阀,所述闸阀联接在泵单元和所述壳体之间,用于将所述壳体内部的压力控制为一值,所述值针对所述源材料之间的化学反应以及针对所述源材料的有效使用是优化的。

18.根据权利要求17所述的系统,其中,

所述闸阀被构造为至少采取第一位置和第二位置,其中,所述第一位置用于控制AX蒸汽压力以稳定AX蒸汽的循环,所述第二位置用于在沉积完成之后从所述壳体泵出剩余蒸汽。

19.根据权利要求1所述的系统,该系统进一步包括:

第一监控器,所述第一监控器用于监控BX2蒸汽以及在所述基板上生长的钙钛矿膜的厚度。

20.根据权利要求1所述的系统,该系统进一步包括:

第二监控器,所述第二监控器用于监控AX蒸汽。

21.根据权利要求1所述的系统,其中,

所述壳体的温度被保持在大约70℃。

22.根据权利要求1所述的系统,该系统进一步包括:

第二壳体,所述第二壳体用作负荷锁定室;

第二闸阀,所述第二闸阀联接在第二泵单元和所述第二壳体之间,所述第二闸阀和所述第二泵被构造为用于控制所述第二壳体内部的压力;

第三闸阀,所述第三闸阀联接在所述壳体和所述第二壳体之间,用于控制所述壳体和所述第二壳体之间的连通;以及

样本传送系统,所述样本传送系统联接至所述壳体,用于在所述壳体和所述第二壳体之间传送所述基板。

23.根据权利要求22所述的系统,其中,

所述样本传送系统包括:

机械设备,所述机械设备用于保持以及释放对象物;以及

杆,所述杆联接至所述机械设备,用于控制所述机械设备的移动。

24.根据权利要求23所述的系统,其中,

所述第二壳体被构造为储存所述基板,所述第二泵单元和所述第二闸阀被控制以在所述第三闸阀被关闭时在所述第二壳体中具有预定压力水平;

在控制用于所述源材料的蒸发温度以及控制所述流动控制单元以使AX蒸汽在所述壳体中循环之后,所述第三闸阀被打开,并且所述机械设备被移动以触及并保持所述第二壳体中的所述基板以及被移回至所述壳体以将所述基板释放并放置在所述基板台上;以及在此之后所述第三闸阀被关闭。

25.根据权利要求24所述的系统,其中,

在获得所述钙钛矿膜的预定厚度之后,所述第三闸阀被打开,并且所述机械设备被移动以触及并保持所述壳体中的生长有钙钛矿膜的所述基板、被移动至所述第二壳体以将生长有所述钙钛矿膜的所述基板释放并放置在所述第二壳体中、以及被移回至所述壳体;以及在此之后所述第三闸阀被关闭。

26.一种通过使用源材料AX和BX2以及以下系统制造用于太阳能电池用途的钙钛矿膜的方法,其中,AX是有机材料,所述有机材料具有从由甲铵(MA)、甲脒(FA)和5-氨基戊酸(5-AVA)构成的组中选择的有机元素A和从由Cl、I及Br构成的组中选择的卤族元素X,或者具有两种或更多种所述有机材料的组合;BX2是金属卤化物材料,所述金属卤化物材料具有从由Pb和Sn构成的组中选择的金属元素B以及从由Cl、I及Br构成的组中选择的卤族元素X,或者具有两种或更多种所述金属卤化物材料的组合,所述方法使用的系统包括:壳体,所述壳体用作真空室,所述壳体具有沿着垂直方向的侧部以及具有沿着水平方向的顶部和底部;基板台,所述基板台联接至所述壳体的所述顶部并且构造为具有面向垂直向下的台表面,所述台表面用于供放置基板;第一蒸发器单元,所述第一蒸发器单元联接至所述壳体的所述底部并且构造为生成BX2蒸汽;第二蒸发器单元,所述第二蒸发器单元联接至所述壳体并且构造为生成AX蒸汽;流动控制单元,所述流动控制单元联接至所述壳体,用于控制AX蒸汽在所述壳体中的循环;闸阀,所述闸阀联接在泵单元和所述壳体之间,用于控制所述壳体内部的压力;第一遮蔽器,所述第一遮蔽器设置在所述基板台下方并且构造为被移动以暴露或者覆盖所述基板台;以及第二遮蔽器,所述第二遮蔽器设置在所述第一蒸发器单元上方并且构造为被移动以暴露或者覆盖所述第一蒸发器单元,所述方法包括:

控制所述基板台的温度,用于向所述基板提供均匀的冷却或者加热;

移动所述第一遮蔽器以覆盖所述基板;

移动所述第二遮蔽器以暴露所述第一蒸发器单元;

将所述闸阀打开至第一位置;

控制与所述第一蒸发器单元关联的第一蒸发温度以调节用于生成BX2蒸汽的第一蒸发率;

控制与所述第二蒸发器单元关联的第二蒸发温度以调节用于生成AX蒸汽的第二蒸发率;

控制所述流动控制单元以控制AX蒸汽的循环;

移动所述第一遮蔽器以暴露所述基板;

监控在所述基板上生长的钙钛矿膜的厚度;

当所述钙钛矿膜的厚度达到预定厚度时移动所述第一遮蔽器以覆盖所述基板;

终止对所述第一蒸发器单元和第二蒸发器单元的加热;以及

将所述闸阀打开至第二位置以泵出所述壳体内部的剩余蒸汽,

其中,

所述第一蒸发器单元的水平截面形状的尺寸、所述基板台的水平截面形状的尺寸以及两个所述水平截面形状之间沿水平方向的相对位置被构造为使两个所述水平截面形状之间的重叠最大化。

27.根据权利要求26所述的方法,其中,

所述基板台、所述第一蒸发器单元、所述第二蒸发器单元和所述流动控制单元被构造为能够使BX2蒸汽的沉积顺着从所述第一蒸发器单元到所述基板的可视传送而基本具有方向性,同时能够使AX的沉积基于在所述壳体中循环的AX蒸汽而基本具有较差的方向性。

28.根据权利要求26所述的方法,其中,

所述基板台的所述台表面被构造为具有用于收纳基板的区域,所述基板具有的尺寸为5cm′5cm或者更大,其中,所述基板是一件式基板或者是多个基板的集合。

29.根据权利要求26所述的方法,其中,

控制所述基板台的温度包括将所述基板台的温度控制为使所述基板处于15℃至25℃之间的范围的室温下。

30.根据权利要求26所述的方法,该方法进一步包括:

在控制所述基板台的温度之前将所述基板放置在所述基板台上。

31.根据权利要求26所述的方法,其中,所述系统进一步包括:第二壳体,所述第二壳体用作负荷锁定室;第二闸阀,所述第二闸阀联接在第二泵单元和所述第二壳体之间,所述第二闸阀和所述第二泵被构造为用于控制所述第二壳体内部的压力;第三闸阀,所述第三闸阀联接在所述壳体和所述第二壳体之间,用于控制所述壳体和所述第二壳体之间的连通;以及样本传送系统,所述样本传送系统联接至所述壳体,用于在所述壳体和所述第二壳体之间传送所述基板,所述方法进一步包括:

将所述基板储存在所述第二壳体中;

控制所述第二泵单元和所述第二闸阀以在所述第三闸阀被关闭时在所述第二壳体中具有预定压力水平;

打开所述第三闸阀;

控制所述样本传送系统以触及并保持所述第二壳体中的所述基板,将所述基板从所述第二壳体传送至所述壳体,以及将所述基板释放并放置在所述基板台上;以及

关闭所述第三闸阀,

其中,

在控制所述流动控制单元以控制AX蒸汽的循环之后以及在移动所述第一遮蔽器以暴露所述基板之前,执行所述第三闸阀的打开和关闭。

32.根据权利要求31所述的方法,该方法进一步包括:

打开所述第三闸阀;

控制所述样本传送系统以触及并保持所述壳体中的生长有所述钙钛矿膜的所述基板,将生长有所述钙钛矿膜的所述基板从所述壳体传送至所述第二壳体,以及将生长有所述钙钛矿膜的所述基板释放并放置在所述第二壳体中;以及

关闭所述第三闸阀,

其中,

在将所述闸阀打开至第二位置以泵出所述壳体内部的剩余蒸汽之后,执行所述第三闸阀的打开和关闭。

33.一种钙钛矿膜,所述钙钛矿膜通过使用根据权利要求26所述的方法来制备。

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