Handschuhboxen für Perowskit-Solarzellenanwendungen
Im Herstellungsprozess von Perowskit-Solarzellen reagieren die lichtempfindliche aktive Schicht und die funktionellen Schnittstellen sehr empfindlich auf Feuchtigkeit und Sauerstoff in der Umgebungsatmosphäre. Geringe Umweltschwankungen können zu Materialverschlechterung, Geräteeffizienzverlust und anderen Problemen führen. Daher ist die Durchführung von Fertigungsvorgängen in Handschuhkästen zum Standardverfahren in der Branche geworden. Die Gesamtleistung einer Handschuhbox bestimmt direkt die Steuerbarkeit und Reproduzierbarkeit des Perowskit-Solarzellenherstellungsprozesses sowie die Leistung und Stabilität der fertigen Geräte. Um eine erfolgreiche Herstellung sicherzustellen, müssen mehrere wichtige Vorsichtsmaßnahmen für Handschuhkästen streng kontrolliert werden.
1. Halten Sie den Wasser- und Sauerstoffgehalt im Handschuhfach auf < 1 ppm
Perowskit-Herstellungsmaterialien weisen eine schlechte chemische Stabilität auf. Der Kontakt mit Feuchtigkeit und Sauerstoff führt zu deren Zersetzung und Oxidation, wodurch sich die Effizienz der photoelektrischen Umwandlung und die Langzeitstabilität der Solarzellen verschlechtern.
Wasser- und Sauerstoffgehalt sind entscheidende Indikatoren für die Kontrolle der Umgebungsbedingungen im Handschuhfach. Für die Herstellung von Perowskit-Solarzellen muss der Wasser- und Sauerstoffgehalt in der Kammer stabil auf einem extrem niedrigen Niveau von < 1 ppm kontrolliert werden. Dies ist die Grundvoraussetzung für den Erhalt der intrinsischen Eigenschaften von Perowskit-Materialien, das Erreichen eines qualitativ hochwertigen Kristallwachstums und die Bildung stabiler Grenzflächen.
Um sicherzustellen, dass der Wasser- und Sauerstoffgehalt im Handschuhfach stabil unter 1 ppm gehalten werden kann, muss die Luftdichtheit des Handschuhfachgehäuses (einschließlich Sichtfenster, Handschuhe, Dichtungsringe usw.) gewährleistet werden, um das Eindringen äußerer Verunreinigungen vollständig zu verhindern. Verwenden Sie hochreines Inertgas, um zu verhindern, dass unreines Arbeitsgas übermäßige Verunreinigungen in die Kammer einbringt. In der Zwischenzeit müssen die Reinigungsmaterialien streng überwacht und regelmäßig regeneriert oder ausgetauscht werden, um ihre kontinuierliche und effiziente Tiefenreinigungskapazität aufrechtzuerhalten. Durch diese Maßnahmen kann die wasser- und sauerstoffarme Atmosphäre im Handschuhfach stabil aufrechterhalten werden.
2. Reinigen Sie die Umgebung im Perowskit-Handschuhfach
Eine saubere Innenumgebung ist eine wichtige Voraussetzung, um eine Kontamination von Perowskit-Materialien durch Verunreinigungen zu vermeiden. Insbesondere bei wichtigen Herstellungsschritten wie der Dünnschichtabscheidung können winzige Staubpartikel zu Defekten in den Geräten führen. Das Handschuhfach kann mit einem FFU-Ultra-Clean-Filtersystem an der Oberseite der Kammer ausgestattet werden. Angetrieben von einem Entstaubungsventilator wird das Gas im Handschuhfach durch hocheffiziente H14- oder ultrahocheffiziente U15-Filterpatronen gefiltert, um eine stabile, unidirektionale vertikale Laminarströmung zu erzeugen, die Partikel im Arbeitsbereich effektiv entfernt. Die Sauberkeit des Betriebsbereichs im Handschuhfach kann die Standards Klasse 10 oder 100 erreichen und bietet so eine saubere Umgebung für die hochpräzise Herstellung von Perowskit-Solarzellen.
Nach dem Durchströmen des Bodenbereichs kehrt das Gas in der Kammer über eine Zirkulationsleitung zum Staubentfernungssystem zurück und bildet so einen geschlossenen Zirkulationsfiltrationsmodus. Die stabile, saubere Umgebung im Handschuhfach kann konstant aufrechterhalten werden.
3. Behandlung organischer Lösungsmittel und Temperaturkontrolle
1) Behandlung organischer Lösungsmittel
Während der Herstellung von Perowskit-Solarzellen verdampfen organische Lösungsmittel (wie Dimethylformamid DMF und Dimethylsulfoxid DMSO usw.) aus der Lösung und sammeln sich während der Lösungsvorbereitung und Gerätenachbehandlung im Handschuhfach an. Diese flüchtigen organischen Lösungsmittel können mit Perowskit-Materialien interagieren, die Geräteleistung beeinträchtigen und auch potenzielle Risiken für die Handschuhfachsensoren darstellen.
Um dieses Problem zu lösen, kann die „Spül“-Funktion der Handschuhbox aktiviert werden, um das mit organischen Lösungsmitteln vermischte Gas in der Kammer durch Ersatz des inerten Arbeitsgases auszustoßen. Gleichzeitig wird empfohlen, einen vergrößerten Adsorber für organische Lösungsmittel zu installieren, um verbleibende organische Lösungsmittel mithilfe von Adsorptionsmaterialien tief in der Kammer zu adsorbieren und so deren Konzentration weiter zu reduzieren.
2) Temperaturkontrolle
Die Herstellung von Perowskitlösungen erfordert die Zugabe von Calcium- und Titanverbindungen zu organischen Lösungsmitteln zusammen mit bestimmten Tensiden und Stabilisatoren, um die Lösungsstabilität zu verbessern. Diese Materialien müssen in einer Handschuhbox in einer wasserfreien, sauerstofffreien und staubfreien Umgebung gelagert werden.
Einige Fertigungslösungen sind temperaturempfindlich. Temperaturschwankungen können zu ungleichmäßiger Lösungskonzentration, abnormaler Kristallisationsrate und anderen Problemen führen. Um dieses Problem zu lösen, kann im Handschuhfach eine industrielle Klimaanlage installiert werden, um die Innentemperatur innerhalb des geeigneten Bereichs von 15–20 °C präzise zu steuern und so eine stabile Temperaturumgebung für die Lösungsvorbereitung, das Dünnfilmwachstum und andere Schritte bereitzustellen und die Konsistenz der Versuchsbedingungen sicherzustellen.
