جعبه های دستکش برای کاربردهای سلول خورشیدی پروسکایت

در فرآیند ساخت سلول های خورشیدی پروسکایت، لایه فعال حساس به نور و رابط های عملکردی به رطوبت و اکسیژن موجود در جو محیط بسیار حساس هستند. نوسانات محیطی جزئی ممکن است منجر به تخریب مواد، پوسیدگی کارایی دستگاه و سایر مسائل شود. بنابراین، انجام عملیات ساخت داخل جعبه های دستکش به روش استاندارد عملیاتی در صنعت تبدیل شده است. عملکرد کلی یک جعبه دستکش به طور مستقیم کنترل پذیری و تکرارپذیری فرآیند ساخت سلول خورشیدی پروسکایت و همچنین عملکرد و پایداری دستگاه های نهایی را تعیین می کند. برای اطمینان از ساخت موفقیت آمیز، چندین احتیاط کلیدی برای جعبه های دستکش باید به شدت کنترل شود.

1. محتوای آب و اکسیژن کمتر از 1ppm را در داخل جعبه دستکش نگهداری کنید

مواد ساخت پروسکایت پایداری شیمیایی ضعیفی از خود نشان می دهند. تماس با رطوبت و اکسیژن باعث تجزیه و اکسید شدن آنها می شود و در نتیجه راندمان تبدیل فوتوالکتریک و پایداری طولانی مدت سلول های خورشیدی را بدتر می کند.

محتوای آب و اکسیژن شاخص های حیاتی برای کنترل محیطی جعبه دستکش هستند. برای ساخت سلول های خورشیدی پروسکایت، محتوای آب و اکسیژن داخل محفظه باید به طور پایدار در سطح بسیار پایین <1ppm کنترل شود. این پیش نیاز اساسی برای حفظ خواص ذاتی مواد پروسکایت، دستیابی به رشد کریستالی با کیفیت بالا و تشکیل رابط های پایدار است.

برای اطمینان از اینکه سطح آب و اکسیژن داخل جعبه دستکش را می توان به طور پایدار زیر 1 پی پی ام نگه داشت، لازم است هوابندی بدنه جعبه دستکش (از جمله پنجره های دید، دستکش، حلقه های آب بندی و غیره) را تضمین کنید تا کاملاً از نفوذ ناخالصی های خارجی جلوگیری شود. از گاز خنثی با خلوص بالا استفاده کنید تا از وارد کردن ناخالصی های بیش از حد گاز ناخالص به داخل محفظه جلوگیری شود. در همین حال، برای حفظ ظرفیت تصفیه عمیق مداوم و کارآمد، مواد تصفیه را به شدت نظارت و به طور منظم بازسازی یا جایگزین کنید. از طریق این اقدامات، جو کم آب و اکسیژن داخل جعبه دستکش را می توان به طور پایدار حفظ کرد.

2. محیط تمیز در داخل جعبه دستکش پروسکایت

محیط داخلی تمیز یک پیش نیاز مهم برای جلوگیری از آلودگی ناخالصی مواد پروسکایت است. به خصوص در مراحل ساخت کلیدی مانند رسوب لایه نازک، ذرات ریز گرد و غبار ممکن است باعث ایجاد نقص در دستگاه شوند. جعبه دستکش را می توان به یک سیستم فیلتراسیون فوق تمیز FFU در بالای محفظه مجهز کرد. گاز داخل جعبه دستکش که توسط یک فن حذف گرد و غبار هدایت می‌شود، از طریق کارتریج‌های فیلتر با راندمان بالا H14 یا U15 فیلتر می‌شود تا یک جریان آرام عمودی یک جهته پایدار ایجاد کند که به طور موثر ذرات را در ناحیه کار حذف می‌کند. تمیزی منطقه عملیاتی داخل جعبه دستکش می تواند به استانداردهای کلاس 10 یا 100 برسد و محیطی تمیز برای ساخت سلول های خورشیدی پروسکایتی با دقت بالا فراهم کند.

پس از عبور از ناحیه پایین، گاز داخل محفظه از طریق یک خط لوله گردشی به سیستم حذف گرد و غبار باز می گردد و حالت فیلتراسیون گردش حلقه بسته را تشکیل می دهد. محیط تمیز و پایدار داخل جعبه دستکش را می توان به طور مداوم حفظ کرد.

3. درمان حلال های آلی و کنترل دما

1) درمان حلال های آلی

در طول ساخت سلول های خورشیدی پروسکایت، حلال های آلی (مانند دی متیل فرمامید DMF و دی متیل سولفوکسید DMSO و غیره) از محلول تبخیر شده و در حین آماده سازی محلول و پس از تصفیه دستگاه در جعبه دستکش تجمع می یابند. این حلال‌های آلی فرار ممکن است با مواد پروسکایت تعامل داشته باشند، بر عملکرد دستگاه تأثیر بگذارند و همچنین خطرات بالقوه‌ای برای سنسورهای جعبه دستکش ایجاد کنند.

برای حل این مشکل، عملکرد 'purge' جعبه دستکش را می توان فعال کرد تا گاز مخلوط شده با حلال های آلی در داخل محفظه را از طریق جایگزینی گاز بی اثر تخلیه کند. در عین حال، نصب یک جاذب حلال آلی بزرگ شده برای جذب عمیق حلال های آلی باقیمانده در داخل محفظه با استفاده از مواد جذب، توصیه می شود و غلظت آنها را کاهش می دهد.

2) کنترل دما

تهیه محلول های پروسکایت نیازمند افزودن ترکیبات کلسیم و تیتانیوم به حلال های آلی، همراه با سورفکتانت ها و تثبیت کننده های خاص برای بهبود پایداری محلول است. این مواد باید در یک جعبه دستکش با محیطی بدون آب، بدون اکسیژن و گرد و غبار نگهداری شوند.

برخی از محلول های ساخت به دما حساس هستند. نوسانات دما ممکن است منجر به غلظت ناهموار محلول، نرخ کریستالیزاسیون غیرعادی و سایر مشکلات شود. برای رفع این مشکل، می‌توان یک سیستم تهویه مطبوع صنعتی را در داخل جعبه دستکش نصب کرد تا دمای داخلی را در محدوده مناسب 15 تا 20 درجه سانتی‌گراد کنترل کند و یک محیط دمایی پایدار برای آماده‌سازی محلول، رشد لایه نازک و سایر مراحل فراهم کند و از سازگاری شرایط آزمایشی اطمینان حاصل کند.