Perovskite-hansikaslokero helpottaa perovskite-aurinkokennojen valmistusta

Globaalin energiamuutoksen keskellä perovskite-aurinkokennot (PSC) ovat nousseet tähtiteknologiaksi uuden sukupolven aurinkosähköissä niiden etujen, kuten korkean valosähköisen muunnostehokkuuden (teoreettinen hyötysuhde yli 30 %), halpojen valmistusprosessien ja viritettävän kaistanvälin ansiosta. Perovskiittimateriaalit ovat kuitenkin erittäin herkkiä ympäristötekijöille, kuten kosteudelle, hapelle ja pölylle, mikä edellyttää valmistelua erittäin puhtaissa, inertiltä kaasulta suojatuissa ympäristöissä. The perovskite-hansikaslokero , joka on kriittinen laite tällä alalla, yhdistää tyhjiöpinnoituksen, puhtaan ympäristön hallinnan ja täysin suljetun prosessoinnin, mikä tarjoaa vakaan ja hallittavan kokeellisen alustan perovskiitin aurinkokennojen tutkimukseen, kehittämiseen ja teollistumiseen.

Sen jälkeen kun perovskiittisten aurinkokennojen valosähköinen muunnostehokkuus saavutettiin ensimmäistä kertaa vuonna 2009, niiden tehokkuus on ylittänyt 25 prosenttia reilussa vuosikymmenessä ja lähestyy piipohjaisten aurinkokennojen teoreettista rajaa. Niiden edut ovat:

Viritettävä bandgap: Optimointi sävellyssuunnittelun avulla mahdollistaa täyden spektrin absorption.

Perovskiittimateriaalien stabiilisuusongelmat (kuten kosteuden, hapen ja valon aiheuttama hajoaminen) ovat kuitenkin edelleen tärkein este niiden kaupallistamiselle. Valmistuksen aikana ympäröivän ilmakehän kosteus, happi ja pöly voivat aiheuttaa vikoja perovskiittikalvossa, mikä heikentää laitteen suorituskykyä. Näin ollen hansikaslokerosta on tullut olennainen varuste perovskiitin aurinkokennojen valmistukseen.

Perovskiittinen hansikaslokero koostuu kahdesta suuresta moduulista: suurvakuumipinnoitusjärjestelmästä ja täysin suljetusta inerttikaasuhansikaslokerosta. Saumaton integrointi mahdollistaa suljetun silmukan prosessin, joka sisältää 'valmistelu-kapselointi-testauksen':

1. Integroitu tyhjiöpinnoitus: Käsinekotelo on integroitu tyhjiöpinnoitusjärjestelmiin. Ohuet kalvot voidaan kerrostaa korkeatyhjiöhaihdutuskammioihin, minkä jälkeen näyte säilytetään, valmistetaan ja tarkastetaan hansikaslokeron sisällä. Tällä suunnittelulla saavutetaan täydellinen kotelointi prosesseille, kuten haihdutus, kapselointi ja testaus, eliminoiden ilmakehän ympäristön vaikutuksen perovskiittimateriaaleihin.

2. Ultra-Clean Filtration System: Varustettu integroidulla FFU (Fan Filter Unit) erittäin puhtaalla suodatusjärjestelmällä. Käsinekotelon sisällä oleva kaasu kulkee pölynpoistopuhaltimien ja tehokkaiden suodatinelementtien (U15-ultrakorkean hyötysuhteen tai H14-high-efficiency-suodattimen) läpi muodostaen ylhäältä alas laminaarivirtauksen. Ilmaa kammion pohjalta kierrätetään takaisin suodatusjärjestelmään kanavien kautta, mikä varmistaa, että puhtausstandardit saavuttavat luokan 10 tai luokan 100 tason.

3. Inertin ilmakehän ja lämpötilan säätö: Käsinekotelon sisäpuoli on täytetty inertillä kaasulla, kuten typellä tai argonilla, jotta estetään perovskiittimateriaalien ja hapen tai kosteuden välinen kosketus. Lämpötilaherkkiin valmistusliuoksiin voidaan lisätä ilmastointilaite, joka säätelee tarkasti sisälämpötilaa välillä 15-20°C, mikä varmistaa vakaat koeolosuhteet.

Perovskite-hansikaslokeroita käytetään laajalti perovskite-aurinkokennojen, OLED:ien (Organic Light-Emitting Diodes), PLED:ien (Polymer Light-Emitting Diodes) ja puolijohdelaitteiden valmistuksessa. Perovskite-aurinkokennot esimerkkinä, valmistusprosessi sisältää:

Alustan puhdistus: Perovskite-hansikaslokero tarjoaa erittäin puhtaan ja vakaan ympäristön läpinäkyvien johtavien lasialustojen (esim. FTO tai ITO) puhdistamiseen. Käsinekotelon sisällä ulkoiset epäpuhtaudet, kuten pöly ja kosteus, vältetään tehokkaasti, mikä varmistaa, että puhdistusprosessi pysyy kontaminoitumattomana. Substraatin pinnalla olevat epäpuhtaudet voivat heikentää perovskiittikalvon ja alustan välistä adheesiota, mikä heikentää solujen suorituskykyä.

Materiaalin varastointi: Perovskiitin esiasteliuokset ovat erittäin herkkiä ympäristölle ja reagoivat helposti ilman kosteuden ja hapen kanssa, mikä johtaa suorituskyvyn heikkenemiseen. Perovskite-käsinekotelon sisällä oleva erittäin puhdas inerttikaasuilmapiiri tarjoaa ihanteellisen säilytyspaikan. Liuosten säilyttäminen hansikaslokerossa eristää ne täysin ympäröivästä ilmakehästä ja varmistaa materiaalin vakauden. Tämä takaa, että perovskiitin esiasteliuoksella säilyy hyvä aktiivisuus kalvon valmistuksen aikana, mikä mahdollistaa korkealaatuisten perovskiitin aurinkokennojen valmistuksen.

Liuospinnoitus: Perovskiittiliuoksella pinnoitustoimenpiteiden suorittaminen hansikaslokerossa varmistaa, että ulkoiset ympäristötekijät eivät vaikuta prosessiin. Käytitpä sitten teräpinnoitus-, kaavin- tai spin-pinnoitusmenetelmiä, vakaa kaasuympäristö ja hansikaslokeron korkea puhtaus takaavat, että perovskiittiliuos päällystetään tasaisesti alustalle ilman epäpuhtauksia. Pinnoitteen tasaisuus vaikuttaa suoraan perovskiittikalvon laatuun ja suorituskykyyn ja siten aurinkokennon valosähköiseen muunnostehokkuuteen.

Lämpökäsittely: Päällystetty substraatti asetetaan kuumalle levylle tai korkean lämpötilan uuniin hehkutusta varten tiheän perovskiittikalvon muodostamiseksi.

Läpinäkyvät johtavat elektrodit: Perovskite-hansikaslokero tarjoaa vakaan käyttöympäristön läpinäkyvien johtavien oksidien (esim. ITO) levittämisen ja lämpökovettamisen aikana johtavalle lasille tai kalvoille elektrodien muodostamiseksi. Käsinekotelon sisäpuolen puhtaus varmistaa, että ITO-pinnoite pysyy puhtaana epäpuhtauksista, mikä takaa elektrodin johtavuuden ja vakauden. Samanaikaisesti inerttikaasuilmakehä estää elektrodimateriaalin hapettumisen lämpökovettamisen aikana. Tämä varmistaa, että elektrodi muodostaa hyvän johtavan reitin sen jälkeen, kun se on yhdistetty perovskiittikerroksen kanssa, siirtäen tehokkaasti virtaa ja parantaen kennon yleistä suorituskykyä.

Valosähköinen muunnoskerros: Käsinekotelon vakaa lämpötila, kosteus ja erityinen ilmapiiri varmistavat valosähköisen muunnoskerroksen materiaalin tasaisuuden ja vakauden pinnoituksen aikana, mikä estää reaktiot aineiden, kuten veden ja hapen, kanssa, jotka voivat vaikuttaa PSC:n valosähköiseen muunnostehokkuuteen.

Laitteen kokoonpano: Perovskite-aurinkokennojen asennuksen aikana perovskiittihansikaslokeron luoma suljettu, puhdas, inertti kaasuympäristö estää epäpuhtauksien, kuten pölyn, kosteuden ja hapen, sisäänpääsyn, mikä varmistaa hyvän kontaktin eri perovskite-aurinkokennokomponenttien välillä.