用于制备钙钛矿层的装置的制作方法

本实用新型涉及光伏技术领域，特别是涉及一种用于制备钙钛矿层的装置。

背景技术：

钙钛矿电池作为一种新型太阳能电池，近年来其效率已从3.8％提高到了22.1％，其效率已达到了商业化应用的标准。另外，由于钙钛矿电池的原料来源较广，制备工艺简单，成本较低并且可制备大面积柔性电池和透明电池等优势，使得钙钛矿电池受到越来越多的关注和研究。

目前，钙钛矿电池的钙钛矿层，一般采用涂布工艺。涂布工艺一般包括如下步骤：首先，涂布之后形成一层液膜，然后将液膜经过处理之后才能得到钙钛矿层。

但是，目前得到的钙钛矿层的质量较差。

技术实现要素：

基于此，有必要针对现有技术中，钙钛矿层质量较差的问题，提供一种可以提高钙钛矿层质量的制备装置。

一种用于制备钙钛矿层的装置，包括：

反应室；

加热机构，位于所述反应室内，且用于承载并加热涂布后的基片；

真空腔，与所述反应室连通，以使所述反应室真空；

真空阀，设置于所述真空腔与所述反应室之间；

钝化气储罐，与所述反应室相连，且用于向所述反应室中输入钝化气；

钝化气阀，设置于所述钝化气储罐与所述反应室之间；

钝化气排出机构，与所述反应室相连，且用于排出所述反应室中的钝化气；

以及控制单元，用于控制所述真空阀、所述钝化气阀、以及所述加热机构。

上述用于制备钙钛矿层的装置，采用真空腔作用于反应室，可以快速使反应腔压强降低，从而提高钙钛矿层的均一性以及致密性；同时，在结晶之后，用钝化气处理，使钙钛矿薄膜表面得到修饰，进一步减少钙钛矿层的表面缺陷态。另外，在钝化操作过程中，钝化气密封于反应腔内，有助于提高钝化效果以及钝化气的利用率，同时亦避免钝化气对操作人员的伤害。

在其中一个实施例中，所述反应室与所述真空腔的连接处背向所述加热机构的承载面。

在其中一个实施例中，所述反应室包括底箱以及盖合在所述底箱上的上盖；所述底箱与所述上盖的盖合处设有密封垫圈。

在其中一个实施例中，所述上盖呈透明状。

在其中一个实施例中，所述上盖的边缘设有用于将所述上盖顶起的顶起气缸。

在其中一个实施例中，所述加热机构包括加热板，所述加热板为厚度为1.5mm～3mm的不锈钢板。

在其中一个实施例中，所述真空腔的压强小于等于20Pa；所述真空腔的体积与所述反应室的体积的比值大于1000。

在其中一个实施例中，还包括用于对所述真空腔抽真空的真空泵。

在其中一个实施例中，所述控制单元包括可编程逻辑控制器。

在其中一个实施例中，所述钝化气排出机构包括与所述反应室连接的第二真空泵。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的用于制备钙钛矿层的装置的模块结构示意图。

图2为本实用新型一实施例的用于制备钙钛矿层的装置的立体结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

参见图1～2，本实用新型一实施例的用于制备钙钛矿层的装置100，包括反应室110、加热机构120、真空腔130、真空阀140、钝化气储罐150、钝化气阀160、钝化气排出机构170、以及控制单元180。

其中，反应室110的主要作用是，容置涂布后的基片9，为钙钛矿的结晶、以及钝化提供场所。

在本实施例中，反应室110呈长方体状，其内部具有长方体状的空腔。当然，可以理解的是，本实用新型对反应室的形状不作特殊限制，亦可以是其它形状。

优选地，反应室110包括底箱112以及盖合在底箱112上的上盖111；底箱112与上盖111的盖合处设有密封垫圈。密封垫圈用于密封底箱112与上盖111的盖合处，从而可以使反应室110保持较低的压强，维持较高的真空度。

在本实施例中，上盖111呈透明状。优选地，上盖111为钢化玻璃板。这样操作人员可以通过透明的上盖111，观察反应室110内的涂布后的基片的情况，便于控制结晶过程以及钝化过程以及后续优化工艺操作参数。

在本实施例中，上盖111的边缘设有用于将上盖111顶起的顶起气缸119。这样方便涂布后的基片9放入反应室110内、以及方便形成好的钙钛矿层的基片取出。

其中，加热机构120位于反应室110内。加热机构120的主要作用是，用于承载并加热涂布后的基片9；也就是说，涂布后的基片9放置在加热机构120上，同时加热机构120对涂布后的基片9进行加热，使涂布后的基片9受热升温；这样在抽真空之前预加热，有助于提高钙钛矿层的均一性以及致密性。

具体地，加热机构120包括加热板。更具体地，加热板为厚度为1.5mm～3mm的不锈钢板。这样可以确保加热板120在真空环境下不易变形，进而避免对涂布后的基片9造成晃动。

优选地，加热板120的加热温度为60℃～100℃。这样可以进一步提高钙钛矿层的均一性和致密性。

当然，可以理解的是，本实用新型的加热机构并不局限于加热板，还可以是其它具有承载以及加热功能的结构。

其中，真空腔130与反应室110连通，以使反应室110真空。在本实施例中，真空腔130由真空罐形成。

优选地，真空腔130中的压强小于等于20Pa。这样可以进一步使反应室110快速真空。

优选地，所述真空腔的体积与所述反应室的体积的比值大于1000。这样可以使反应室110的真空较高，且使整个装置的结构简单、紧凑。

优选地，反应室110与真空腔130的连接处背向加热机构120的承载面。这样气体流向是从涂布后的基片的中心向周边流动，然后绕到涂布后的基片的背面，进入真空腔130内。相比较于反应室110与真空腔130的连接处面向加热机构120的承载面的方式，避免了靠近连接处的钙钛矿结晶快，而远离连接处的结晶慢，造成不均一，导致最终形成的钙钛矿层质量较差。

在本实施例中，用于制备钙钛矿层的装置100还包括用于对真空腔130抽真空的真空泵190。这样当真空腔使用一段时间之后，压强会变高，在不用替换真空腔130的情况下，也可以采用真空泵190对真空腔130抽真空，使真空腔130的压强重新变低。

其中，真空阀140设置于真空腔130与反应室110之间。真空阀140的主要作用是，将真空腔130与反应室110之间贯通或关断。当真空阀140开启时，真空腔130作用于反应室110，由于真空腔130内的压强很低，反应室内的气体被吸入真空腔130内，从而快速使反应室110真空；当真空阀140关闭时，真空腔130无法作用于反应室110，真空腔130与反应室110被隔断，气体无法在两者之间流转。

优选地，真空阀140为电磁阀。这样便于控制。

其中，钝化气储罐150的主要作用是，存储钝化气。钝化气储罐150与反应室110相连，从而可以向反应室110中输入钝化气。这样钝化气可以对钙钛矿进行表面修饰，从而减少表面缺陷态。

优选地，钝化气储罐150的压力大于等于5MPa。

本实用新型对钝化气储罐150的具体结构没有特殊限制，本领域技术人员可以根据实际情况设置，在此不再赘述。

其中，钝化气阀160设置于钝化气储罐150与反应室110之间。钝化气阀160的主要作用是，将钝化气储罐150与反应室110之间贯通或关断。当钝化气阀160开启时，钝化气储罐150中的钝化气被吸入反应室110中，钝化气对钙钛矿进行钝化，使钙钛矿表面得到修饰；当钝化气阀160关闭时，钝化气储罐150与反应室110被隔断，钝化气无法进入反应室110。

优选地，钝化气阀160为电磁阀。这样便于控制。

其中，钝化气排出机构170与反应室110相连。钝化气排出机构170的主要作用是，用于排出反应室110中的钝化气。这样在钝化完成之后，在取出基片时，避免钝化气散发到外界，进而避免钝化气对人体以及环境的污染。

具体地，钝化气排出机构170包括与反应室110连接的第二真空泵。这样采用第二真空泵将反应室110中的钝化气抽出，从而将钝化气从反应室110中排出。

优选地，钝化气排出机构170还包括钝化气收集罐，排出的钝化气被收集到钝化气收集罐中，然后经过处理之后，可以重新使用，以节省资源、降低成本。

其中，控制单元180的主要作用是，用于控制真空阀140、钝化气阀160、以及加热机构120。控制单元180与真空阀140、钝化气阀160、以及加热机构120电连接。

优选地，控制单元包括可编程逻辑控制器(PLC)。这样便于控制，且整个装置的结构更加简单。

以下对用于制备钙钛矿层的装置100的工作过程进行简述。

打开顶起气缸119，将上盖111顶起，同时控制加热板121升温；然后将涂布后的基片9放置在加热板121上，然后控制顶起气缸119落下，使上盖与底箱密封。然后继续加热1min后，控制单元打开真空阀140，使真空腔130与反应室110贯通，由于真空腔130内的压强很低，反应室内的气体被吸入真空腔130内，从而快速使反应室110真空，此时液膜干燥结晶。当结晶完毕后，控制单元打开钝化气阀160，钝化气储罐150中的钝化气被吸入反应室110中，钝化气对钙钛矿进行钝化，使钙钛矿表面得到修饰。40s后打开钝化气排出机构170，将反应室111里面的钝化气排出。最后，打开顶起气缸119，将上盖111顶起，将基片从反应室中取出。

上述用于制备钙钛矿层的装置，采用真空腔作用于反应室，可以快速使反应腔压强降低，从而提高钙钛矿层的均一性以及致密性；同时，在结晶之后，用钝化气处理，使钙钛矿薄膜表面得到修饰，进一步减少钙钛矿层的表面缺陷态。另外，在钝化操作过程中，钝化气密封于反应腔内，有助于提高钝化效果以及钝化气的利用率，同时亦避免钝化气对操作人员的伤害。

上述用于制备钙钛矿层的装置，将真空抽气、加热退火、钝化处理等各工序整合在一起，有效的降低了设备量的需求和成本，减少了设备的占地面积，以及工序流转过程中的时间浪费和其他不可控的因素的影响，进而大幅度提高工作生产效率，降低钙钛矿电池的制作成本。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。