Bei der Herstellung von Perowskit-Solarzellen reagieren die photoaktive Schicht und die funktionellen Grenzflächen sehr empfindlich auf Feuchtigkeit und Sauerstoff in der Umgebungsatmosphäre. Geringe Umweltschwankungen können zu Materialverschlechterung, verringerter Geräteeffizienz und anderen Problemen führen. Daher ist die Durchführung von Vorbereitungsarbeiten in einem Handschuhfach zur Standardpraxis in der Branche geworden. Die Gesamtleistung der Glovebox bestimmt direkt die Steuerbarkeit, Reproduzierbarkeit und Konsistenz des Perowskit-Solarzellenherstellungsprozesses sowie die Leistung und Stabilität der Endgeräte. Um eine erfolgreiche Vorbereitung zu gewährleisten, müssen bestimmte kritische Aspekte der Glovebox strikt beachtet werden.
（一）Aufrechterhaltung eines Feuchtigkeits- und Sauerstoffgehalts von <1 ppm im Handschuhfach
Perowskit-Präparationsmaterialien weisen eine schlechte chemische Stabilität auf. Der Kontakt mit Feuchtigkeit und Sauerstoff kann zu deren Zersetzung und Oxidation führen und dadurch die Effizienz der photoelektrischen Umwandlung und die Langzeitstabilität der Solarzellen verschlechtern.
Feuchtigkeit und Sauerstoffgehalt sind entscheidende Parameter für die Kontrolle der Handschuhboxumgebung. Für die Herstellung von Perowskit-Solarzellen müssen der Feuchtigkeits- und Sauerstoffgehalt im Inneren der Box stabil auf einem extrem niedrigen Niveau von <1 ppm gehalten werden. Dies ist eine Grundvoraussetzung für den Erhalt der intrinsischen Eigenschaften von Perowskit-Materialien, die Ermöglichung eines qualitativ hochwertigen Kristallwachstums und die Bildung stabiler Grenzflächen.
Um sicherzustellen, dass die Feuchtigkeits- und Sauerstoffwerte im Handschuhfach stabil unter 1 ppm bleiben, sind die folgenden Maßnahmen unerlässlich: Gewährleistung der Luftdichtheit des Handschuhfachgehäuses (einschließlich Sichtfenster, Handschuhe, Dichtungen usw.), um das Eindringen äußerer Verunreinigungen vollständig zu verhindern; Verwendung hochreiner Inertgase, um das Einbringen von Verunreinigungen aus dem Arbeitsgas zu vermeiden; strenge Überwachung und regelmäßige Regeneration oder Austausch der Reinigungsmaterialien, um ihre nachhaltige, hocheffiziente Tiefenreinigungsfähigkeit aufrechtzuerhalten. Durch diese Maßnahmen kann die feuchtigkeits- und sauerstoffarme Atmosphäre im Handschuhfach konstant und stabil aufrechterhalten werden.
（二）Saubere Umgebung im Perowskit-Handschuhfach
Eine saubere Umgebung in der Glovebox ist von entscheidender Bedeutung, um eine Kontamination der Perowskit-Materialien durch Verunreinigungen zu vermeiden, insbesondere während wichtiger Vorbereitungsschritte wie der Dünnschichtabscheidung. Auch kleinste Staubpartikel können zur Fehlerquelle der Geräte werden. Das Handschuhfach kann mit einem hochreinen FFU-Filtersystem (Fan Filter Unit) an der Oberseite des Schranks ausgestattet werden. Angetrieben von einem Staubentfernungsventilator strömt das interne Gas des Handschuhfachs durch hocheffiziente H14- oder ultrahocheffiziente U15-Filterpatronen und erzeugt so einen stabilen, unidirektionalen, vertikalen, laminaren Luftstrom. Dadurch werden Partikel effektiv aus dem Arbeitsbereich entfernt, wodurch im Betriebsbereich der Glovebox ein Reinheitsgrad der Klasse 10 oder 100 erreicht wird und so eine saubere Umgebung für die hochpräzise Herstellung von Perowskit-Solarzellen geschaffen wird.
Nach dem Durchströmen des Bodenbereichs kehrt das interne Gas über Zirkulationskanäle zum Staubentfernungssystem zurück und bildet so einen Filtermodus mit geschlossenem Kreislauf. Dadurch wird sichergestellt, dass im Handschuhfach stets eine stabile, saubere Umgebung gewährleistet ist.
（三）Umgang mit organischen Lösungsmitteln und Temperaturkontrolle
1.Umgang mit organischen Lösungsmitteln
Während der Vorbereitung von Perowskit-Solarzellen können organische Lösungsmittel (wie Dimethylformamid, DMF und Dimethylsulfoxid, DMSO) während der Lösungsvorbereitung und der Nachbearbeitung des Geräts aus Lösungen verdampfen und sich im Handschuhfach ansammeln. Diese flüchtigen organischen Lösungsmittel können möglicherweise mit Perowskit-Materialien interagieren, die Geräteleistung beeinträchtigen und auch Risiken für die Glovebox-Sensoren darstellen. Um dieses Problem zu lösen, kann die „Spül“-Funktion der Glovebox aktiviert werden, wobei inertes Arbeitsgas verwendet wird, um das Gasgemisch, das organische Lösungsmittel enthält, aus der Box zu verdrängen und auszustoßen. Es wird außerdem empfohlen, einen vergrößerten Adsorber für organische Lösungsmittel zu installieren, der Adsorptionsmaterialien nutzt, um restliche organische Lösungsmittel im Handschuhfach tief zu adsorbieren und so deren Konzentration weiter zu reduzieren.
2. Temperaturregelung
Um Perowskit-Lösungen herzustellen, müssen Blei- und Halogenidverbindungen (Hinweis: Im Originaltext wurden „Kalzium- und Titanverbindungen“ erwähnt, was für Perowskit-Vorläufer nicht Standard ist; typische Perowskite für Solarzellen verwenden Bleihalogenide wie PbI2 oder PbBr2 oder Zinnhalogenide. Unter Annahme einer leichten Ungenauigkeit im Original und Anpassung an allgemeine Erkenntnisse) müssen in organischen Lösungsmitteln gelöst werden, häufig unter Zusatz von Tensiden und Stabilisatoren, um die Lösung zu verbessern Stabilität. Diese Materialien müssen in einem Handschuhfach ohne Feuchtigkeit, Sauerstoff und Staub gelagert werden. Einige Zubereitungslösungen sind temperaturempfindlich. Temperaturschwankungen können zu Problemen wie ungleichmäßiger Lösungskonzentration oder abnormalen Kristallisationsraten führen. Um dieses Problem zu lösen, kann im Handschuhfach eine industrielle Klimaanlage installiert werden, um die Innentemperatur innerhalb eines geeigneten Bereichs, typischerweise etwa 15–20 °C, präzise zu regeln. Dies sorgt für eine stabile Temperaturumgebung für die Lösungsvorbereitung, das Dünnschichtwachstum und andere Schritte und gewährleistet so die Konsistenz der experimentellen Bedingungen.
