جعبه دستکش سلول خورشیدی پروسکایت

در تهیه سلول های خورشیدی پروسکایت، لایه فوتواکتیو و رابط های عملکردی به رطوبت و اکسیژن موجود در جو محیط بسیار حساس هستند. نوسانات محیطی جزئی می تواند منجر به تخریب مواد، کاهش کارایی دستگاه و سایر مسائل شود. بنابراین، انجام کار آماده سازی در داخل جعبه دستکش به یک روش استاندارد در صنعت تبدیل شده است. عملکرد کلی جعبه دستکش مستقیماً کنترل پذیری، تکرارپذیری و سازگاری فرآیند ساخت سلول خورشیدی پروسکایت و همچنین عملکرد و پایداری دستگاه های نهایی را تعیین می کند. برای اطمینان از آماده سازی موفقیت آمیز، باید به برخی از جنبه های حیاتی جعبه دستکش توجه جدی شود.

（一）حفظ سطح رطوبت و اکسیژن <1 ppm در جعبه دستکش

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

سطوح رطوبت و اکسیژن پارامترهای حیاتی برای کنترل محیطی جعبه دستکش هستند. برای ساخت سلول های خورشیدی پروسکایت، رطوبت و اکسیژن داخل جعبه باید به طور پایدار در سطح بسیار پایین <1 ppm حفظ شود. این یک پیش نیاز اساسی برای حفظ خواص ذاتی مواد پروسکایت، امکان رشد کریستال با کیفیت بالا و تشکیل رابط های پایدار است.

برای اطمینان از اینکه مقادیر رطوبت و اکسیژن در جعبه دستکش به طور پایدار زیر 1 ppm باقی می‌ماند، اقدامات زیر ضروری است: اطمینان از هوابندی بدنه جعبه دستکش (شامل نمای، دستکش، مهر و موم و غیره) برای جلوگیری از نفوذ ناخالصی‌های خارجی. استفاده از گازهای خنثی با خلوص بالا برای جلوگیری از ورود ناخالصی از گاز کار. نظارت دقیق و مرتباً بازسازی یا جایگزینی مواد تصفیه برای حفظ قابلیت تصفیه عمیق با کارایی بالا. از طریق این اقدامات، رطوبت کم و اتمسفر اکسیژن داخل جعبه دستکش را می توان به طور مداوم و پایدار حفظ کرد.

（二）محیط تمیز در داخل جعبه دستکش پروسکایت

یک محیط تمیز در داخل جعبه دستکش برای جلوگیری از آلودگی ناخالصی مواد پروسکایت، به ویژه در مراحل آماده سازی کلیدی مانند رسوب لایه نازک، بسیار مهم است. حتی ذرات ریز گرد و غبار می توانند به منبع نقص در دستگاه تبدیل شوند. جعبه دستکش را می توان به یک سیستم فیلتراسیون فوق تمیز FFU (واحد فیلتر فن) در بالای کابینت مجهز کرد. گاز داخلی جعبه دستکش که توسط یک فن حذف گرد و غبار هدایت می‌شود، از میان کارتریج‌های فیلتر با راندمان بالا H14 یا U15 عبور می‌کند و یک جریان هوای آرام عمودی یک جهته پایدار ایجاد می‌کند. این به طور موثر ذرات معلق را از محل کار حذف می کند و به سطح تمیزی کلاس 10 یا 100 در منطقه عملیاتی جعبه دستکش دست می یابد و در نتیجه محیطی تمیز برای ساخت سلول های خورشیدی پروسکایتی با دقت بالا فراهم می کند.

پس از عبور از ناحیه پایین، گاز داخلی از طریق مجاری گردش خون به سیستم حذف گرد و غبار باز می گردد و حالت فیلتراسیون حلقه بسته را تشکیل می دهد. این تضمین می کند که جعبه دستکش می تواند به طور مداوم یک محیط پایدار و تمیز را حفظ کند.

（三) کنترل حلال های آلی و دما

1. دست زدن به حلال های آلی

در طول آماده سازی سلول های خورشیدی پروسکایت، حلال های آلی (مانند دی متیل فرمامید، DMF، و دی متیل سولفوکسید، DMSO) ممکن است از محلول ها در طول آماده سازی محلول و پس از پردازش دستگاه تبخیر شده و در داخل جعبه دستکش تجمع کنند. این حلال‌های آلی فرار به طور بالقوه می‌توانند با مواد پروسکایت تعامل داشته باشند و بر عملکرد دستگاه تأثیر بگذارند و همچنین ممکن است خطراتی برای سنسورهای جعبه دستکش ایجاد کنند.
برای رفع این مشکل، عملکرد 'purge' جعبه دستکش را می توان با استفاده از گاز فعال بی اثر برای جابجایی و بیرون راندن مخلوط گاز حاوی حلال های آلی از جعبه فعال کرد. همچنین توصیه می شود یک جاذب حلال آلی بزرگ شده نصب کنید که از مواد جذب برای جذب عمیق حلال های آلی باقی مانده در داخل جعبه دستکش استفاده می کند و غلظت آنها را کاهش می دهد.

2. کنترل دما

برای تهیه محلول‌های پروسکایت، ترکیبات سرب و هالیدها (توجه داشته باشید: متن اصلی به «ترکیبات کلسیم و تیتانیوم» اشاره شده است، که برای پیش‌سازهای پروسکایت استاندارد نیست؛ پروسکایت‌های معمولی برای سلول‌های خورشیدی از هالیدهای سرب مانند PbI2 یا PbBr2 یا هالیدهای قلع استفاده می‌کنند. با فرض اینکه نادقیق جزئی برای حل کردن دانش اصلی نیاز به تنظیم غیردقیق دارد) با افزودن سورفکتانت ها و تثبیت کننده ها برای بهبود پایداری محلول. این مواد نیاز به نگهداری در جعبه دستکش عاری از رطوبت، اکسیژن و گرد و غبار دارند.
برخی از محلول های آماده سازی به دما حساس هستند. نوسانات دما می تواند منجر به مسائلی مانند غلظت نامناسب محلول یا نرخ کریستالیزاسیون غیرعادی شود. برای رفع این مشکل، یک سیستم تهویه مطبوع صنعتی را می توان در جعبه دستکش نصب کرد تا دمای داخلی را به طور دقیق در محدوده مناسب، معمولاً در حدود 15-20 درجه سانتیگراد، کنترل کند. این یک محیط دمایی پایدار را برای آماده‌سازی محلول، رشد لایه نازک و سایر مراحل فراهم می‌کند و ثبات را در شرایط آزمایشی تضمین می‌کند.