في تحضير خلايا البيروفسكايت الشمسية، تكون الطبقة النشطة ضوئيًا والواجهات الوظيفية حساسة للغاية للرطوبة والأكسجين في الغلاف الجوي المحيط. يمكن أن تؤدي التقلبات البيئية البسيطة إلى تدهور المواد وانخفاض كفاءة الجهاز ومشكلات أخرى. لذلك، أصبح إجراء الأعمال التحضيرية داخل صندوق القفازات هو الممارسة القياسية في الصناعة. يحدد الأداء العام لصندوق القفازات بشكل مباشر إمكانية التحكم والاستنساخ والاتساق في عملية تصنيع الخلايا الشمسية البيروفسكايت، بالإضافة إلى أداء واستقرار الأجهزة النهائية. لضمان الإعداد الناجح، يجب إيلاء اهتمام صارم لبعض الجوانب الهامة لصندوق القفازات.
(一)المحافظة على مستويات الرطوبة والأكسجين أقل من 1 جزء في المليون في صندوق القفازات
تظهر مواد تحضير البيروفسكايت ثباتًا كيميائيًا ضعيفًا. يمكن أن يؤدي الاتصال بالرطوبة والأكسجين إلى تحللها وأكسدتها، مما يؤدي إلى تدهور كفاءة التحويل الكهروضوئي واستقرار الخلايا الشمسية على المدى الطويل.
تعتبر مستويات الرطوبة والأكسجين من العوامل الحاسمة للتحكم البيئي في صندوق القفازات. بالنسبة لتصنيع خلايا البيروفسكايت الشمسية، يجب الحفاظ على محتوى الرطوبة والأكسجين داخل الصندوق بشكل ثابت عند مستوى منخفض للغاية أقل من 1 جزء في المليون. يعد هذا شرطًا أساسيًا للحفاظ على الخصائص الجوهرية لمواد البيروفسكايت، وتمكين نمو بلوري عالي الجودة، وتشكيل واجهات مستقرة.
لضمان بقاء قيم الرطوبة والأكسجين في صندوق القفازات ثابتة أقل من 1 جزء في المليون، تعتبر التدابير التالية ضرورية: ضمان إحكام إغلاق جسم صندوق القفازات (بما في ذلك منفذ العرض، والقفازات، والأختام، وما إلى ذلك) لمنع تسلل الشوائب الخارجية تمامًا؛ استخدام الغازات الخاملة عالية النقاء لتجنب إدخال الشوائب من الغاز العامل؛ مراقبة صارمة وتجديد أو استبدال مواد التنقية بشكل منتظم للحفاظ على قدرة التنقية العميقة المستدامة عالية الكفاءة. من خلال هذه التدابير، يمكن الحفاظ على جو الرطوبة والأكسجين المنخفض داخل صندوق القفازات بشكل ثابت وثابت.
(二) بيئة نظيفة داخل صندوق قفازات البيروفسكايت
تعد البيئة النظيفة داخل صندوق القفازات أمرًا بالغ الأهمية لتجنب تلوث شوائب مواد البيروفسكايت، خاصة أثناء خطوات الإعداد الرئيسية مثل ترسب الأغشية الرقيقة. حتى جزيئات الغبار الصغيرة يمكن أن تصبح مصادر للعيوب في الأجهزة. يمكن تجهيز صندوق القفازات بنظام ترشيح فائق النظافة FFU (وحدة مرشح المروحة) في الجزء العلوي من الخزانة. يتم تشغيله بواسطة مروحة إزالة الغبار، ويمر الغاز الداخلي لصندوق القفازات من خلال خراطيش فلتر H14 عالية الكفاءة أو U15 فائقة الكفاءة، مما يؤدي إلى تدفق هواء صفحي عمودي أحادي الاتجاه ومستقر. يؤدي هذا إلى إزالة الجسيمات بشكل فعال من منطقة العمل، مما يحقق مستوى نظافة من الفئة 10 أو الفئة 100 في منطقة تشغيل صندوق القفازات، وبالتالي توفير بيئة نظيفة لتصنيع خلايا البيروفسكايت الشمسية عالية الدقة.
بعد التدفق عبر المنطقة السفلية، يعود الغاز الداخلي إلى نظام إزالة الغبار عبر قنوات التدوير، مما يشكل وضع ترشيح ذو حلقة مغلقة. وهذا يضمن أن صندوق القفازات يمكنه الحفاظ باستمرار على بيئة مستقرة ونظيفة.
(三) التعامل مع المذيبات العضوية والتحكم في درجة الحرارة
1. التعامل مع المذيبات العضوية
أثناء تحضير خلايا البيروفسكايت الشمسية، قد تتبخر المذيبات العضوية (مثل ثنائي ميثيل فورماميد، DMF، وثنائي ميثيل سلفوكسيد، DMSO) من المحاليل أثناء إعداد المحلول والمعالجة اللاحقة للجهاز، وتتراكم داخل صندوق القفازات. يمكن أن تتفاعل هذه المذيبات العضوية المتطايرة مع مواد البيروفسكايت، مما يؤثر على أداء الجهاز، وقد يشكل أيضًا مخاطر على أجهزة استشعار صندوق القفازات. لمعالجة هذه المشكلة، يمكن تنشيط وظيفة 'التطهير' الخاصة بصندوق القفازات، باستخدام غاز خامل لإزاحة وطرد خليط الغاز الذي يحتوي على مذيبات عضوية من الصندوق. يوصى أيضًا بتركيب جهاز امتزاز مذيب عضوي موسع، والذي يستخدم مواد الامتزاز لامتصاص المذيبات العضوية المتبقية داخل صندوق القفازات بعمق، مما يؤدي إلى تقليل تركيزها.
2. التحكم في درجة الحرارة
لتحضير محاليل البيروفسكايت، تستخدم مركبات الرصاص والهاليدات (ملاحظة: النص الأصلي يذكر 'مركبات الكالسيوم والتيتانيوم'، وهي ليست معيارًا لسلائف البيروفسكايت؛ تستخدم البيروفسكايت النموذجية للخلايا الشمسية هاليدات الرصاص مثل PbI2 أو PbBr2، أو هاليدات القصدير. بافتراض عدم دقة طفيفة في النص الأصلي وتعديلها للمعرفة العامة) تحتاج إلى إذابتها في المذيبات العضوية، غالبًا مع إضافة المواد الخافضة للتوتر السطحي و مثبتات لتحسين استقرار الحل. تتطلب هذه المواد تخزينها في صندوق قفازات خالي من الرطوبة والأكسجين والغبار. بعض محاليل التحضير حساسة لدرجة الحرارة. يمكن أن تؤدي تقلبات درجات الحرارة إلى مشكلات مثل تركيز المحلول غير المتساوي أو معدلات التبلور غير الطبيعية. ولمعالجة هذه المشكلة، يمكن تركيب نظام تكييف هواء صناعي داخل صندوق القفازات للتحكم بدقة في درجة الحرارة الداخلية ضمن نطاق مناسب، عادةً حوالي 15-20 درجة مئوية. وهذا يوفر بيئة درجة حرارة مستقرة لإعداد الحل، ونمو الأغشية الرقيقة، وغيرها من الخطوات، مما يضمن الاتساق في الظروف التجريبية.
