Жаһандық энергетикалық ауысу жағдайында перовскиттік күн батареялары (PSCs) фотоэлектрлік түрлендірудің жоғары тиімділігі (теориялық тиімділік 30% -дан астам), арзан өндіріс процестері және реттелетін жолақ аралығы сияқты артықшылықтарының арқасында фотоэлектрлік жаңа буынның жұлдызды технологиясы ретінде пайда болды. Дегенмен, перовскит материалдары ылғалдылық, оттегі және шаң сияқты қоршаған орта факторларына өте сезімтал, бұл өте таза, инертті газдан қорғалған орталарда дайындықты қажет етеді. The перовскит қолғап қорабы осы саладағы жабдықтың маңызды бөлігі ретінде перовскит күн батареяларын зерттеу, әзірлеу және индустрияландыру үшін тұрақты және басқарылатын эксперименттік платформаны қамтамасыз ететін вакуумды тұндыру, таза қоршаған ортаны бақылау және толығымен жабық өңдеуді біріктіреді.
I. Перовскиттік күн батареяларының технологиялық жетістіктері мен қиындықтары
2009 жылы алғаш рет 3,8% фотоэлектрлік түрлендіру тиімділігіне қол жеткізгеннен бері перовскит күн батареяларының тиімділігі кремний негізіндегі күн батареяларының теориялық шегіне жақындай отырып, он жылдан астам уақыт ішінде 25% -дан асып түсті. Олардың артықшылықтары мынада:
Материалдың төмен құны: мол шикізат және қарапайым дайындау процестері (мысалы, ерітіндімен қаптау);
Икемділік әлеуеті: Қолдану сценарийлерін кеңейтетін икемді субстраттар үшін қолайлы;
Реттеуге болатын диапазон: композициялық инженерия арқылы оңтайландыру толық спектрді сіңіруге мүмкіндік береді.
Дегенмен, перовскит материалдарының тұрақтылық мәселелері (ылғалдылық, оттегі және жарық әсерінен болатын деградация сияқты) оларды коммерцияландыруға негізгі кедергі болып қала береді. Дайындау кезінде қоршаған ортадағы ылғал, оттегі және шаң перовскит пленкасында ақауларды тудыруы мүмкін, бұл құрылғының жұмысын нашарлатады. Демек, қолғап қорабы перовскит күн батареяларын жасау үшін қажетті жабдыққа айналды.
II. Перовскит қолғап қорапшасының құрылымы мен қызметін талдау
Перовскит қолғап қорабы екі негізгі модульден тұрады: жоғары вакуумды тұндыру жүйесі және толығымен жабық инертті газ қолғап қорабы. Үздіксіз интеграция 'дайындық-инкапсуляция-сынау' қамтитын жабық цикл процесіне қол жеткізеді:
1. Біріктірілген вакуумдық тұндыру: Қолғап қорабы вакуумды тұндыру жүйелерімен біріктірілген. Жұқа пленкаларды жоғары вакуумды булану камераларына қоюға болады, содан кейін үлгіні сақтау, дайындау және қолғап қорапшасының ішінде тексеру. Бұл дизайн атмосфералық ортаның перовскит материалдарына әсерін жойып, булану, инкапсуляция және сынау сияқты процестер үшін толық қоршауға қол жеткізеді.
2. Өте таза сүзу жүйесі: кіріктірілген FFU (желдеткіш сүзгі бөлігі) ультра таза сүзу жүйесімен жабдықталған. Қолғап қорапшасының ішіндегі газ шаң кетіретін желдеткіштер мен жоғары тиімді сүзгі элементтерінен (U15 ультра жоғары тиімділік немесе H14 жоғары тиімді сүзгілер) өтіп, жоғарыдан төмен ламинарлы ағынды жасайды. Камераның астыңғы жағындағы ауа тазалық стандарттарының 10-сынып немесе 100-сынып деңгейіне жетуін қамтамасыз ететін арналар арқылы сүзу жүйесіне қайта айналады.
3. Инертті атмосфера және температураны бақылау: перовскит материалдары мен оттегі немесе ылғалдың жанасуын болдырмау үшін қолғап қорапшасының іші азот немесе аргон сияқты инертті газдармен толтырылған. Температураға сезімтал дайындық ерітінділері үшін тұрақты эксперименттік жағдайларды қамтамасыз ете отырып, 15-20°C арасындағы ішкі температураны дәл бақылау үшін кондиционерді қосуға болады.
I II. Перовскит қолғап қорапшасын ПСК дайындауда қолдану
Перовскит қолғап қораптары перовскит күн батареяларын, OLED (органикалық жарық шығаратын диодтар), PLED (полимерлі жарық шығаратын диодтар) және жартылай өткізгіш құрылғыларды дайындауда кеңінен қолданылады. Мысал ретінде перовскит күн батареяларын алсақ, дайындық процесі мыналарды қамтиды:
1. Субстрат және материалды дайындау
Субстратты тазалау: перовскит қолғап қорабы мөлдір өткізгіш шыны негіздерді (мысалы, FTO немесе ITO) тазалау үшін жоғары таза және тұрақты ортаны қамтамасыз етеді. Қолғап қорапшасының ішінде шаң мен ылғал сияқты сыртқы ластаушы заттар тиімді болдырылады, бұл тазалау процесінің ластанбағанын қамтамасыз етеді. Субстрат бетіндегі қоспалар перовскит пленкасы мен субстрат арасындағы адгезияны нашарлатып, кейіннен жасуша өнімділігін төмендетеді.
Материалды сақтау: Перовскит прекурсорлық ерітінділері қоршаған ортаға өте сезімтал және атмосфералық ылғалмен және оттегімен оңай әрекеттеседі, бұл өнімділіктің төмендеуіне әкеледі. Перовскит қолғап қорапшасының ішіндегі жоғары таза инертті газ атмосферасы сақтаудың тамаша орнын қамтамасыз етеді. Ерітінділерді қолғап қорапшасында сақтау оларды қоршаған ортадан толығымен оқшаулап, материалдың тұрақтылығын қамтамасыз етеді. Бұл перовскит прекурсоры ерітіндісінің пленканы дайындау кезінде жақсы белсенділікті сақтауға кепілдік береді, бұл жоғары сапалы перовскит күн батареяларын жасауға мүмкіндік береді.
2. Жұқа пленка дайындау
Ерітінді жабыны: Перовскит ерітіндісін жабу операцияларын қолғап қорапшасында орындау процеске сыртқы орта факторларының әсер етпеуін қамтамасыз етеді. Пышақпен жабу, дәрігерлік пышақпен жабу немесе айналдыру жабыны әдістерін пайдаланғанына қарамастан, тұрақты газ ортасы және қолғап қорапшасының ішіндегі жоғары тазалық перовскит ерітіндісінің қоспаларды қоспай, субстратқа біркелкі жағылатынына кепілдік береді. Қаптаманың біркелкілігі перовскит пленкасының сапасы мен өнімділігіне және, тиісінше, күн батареясының фотоэлектрлік түрлендіру тиімділігіне тікелей әсер етеді.
Термиялық өңдеу: қапталған субстрат тығыз перовскит пленкасын қалыптастыру үшін қыздыру үшін ыстық плитаға немесе жоғары температуралы пешке орналастырылады.
3. Электродтарды дайындау және құрастыру
Мөлдір өткізгіш электродтар: перовскит қолғап қорабы электродтарды қалыптастыру үшін өткізгіш шыныға немесе пленкаларға мөлдір өткізгіш оксидтерді (мысалы, ITO) қолдану және термиялық өңдеу кезінде тұрақты жұмыс ортасын қамтамасыз етеді. Қолғап қорапшасының ішіндегі тазалық ITO жабынының қоспалармен ластанбағанын қамтамасыз етеді, электрод өткізгіштігі мен тұрақтылығына кепілдік береді. Сонымен қатар, инертті газ атмосферасы термиялық өңдеу кезінде электрод материалының тотығуын болдырмайды. Бұл электродтың перовскит қабатымен құрастырылғаннан кейін жақсы өткізгіш жолды қалыптастырады, токты тиімді өткізеді және жасушаның жалпы өнімділігін арттырады.
Фотоэлектрлік түрлендіру қабаты: Қолғап қорапшасындағы тұрақты температура, ылғалдылық және ерекше атмосфера жабын кезінде фотоэлектрлік түрлендіру қабаты материалының біркелкілігі мен тұрақтылығын қамтамасыз етеді, PSC фотоэлектрлік түрлендіру тиімділігіне әсер етуі мүмкін су және оттегі сияқты заттармен реакциялардың алдын алады.
Құрылғыны құрастыру: перовскит күн батареяларын құрастыру кезінде перовскит қолғап қорабы арқылы жасалған тығыздалған, таза, инертті газ ортасы шаң, ылғал және оттегі сияқты ластаушы заттардың түсуіне жол бермейді, бұл перовскит күн батареясының әртүрлі компоненттері арасындағы жақсы байланысты қамтамасыз етеді.
Қорытынды
Перовскиттік қолғап қорабы перовскит күн батареяларын зертханадан индустрияландыруға көшу үшін маңызды мүмкіндік болып табылады. Тұрақты және басқарылатын эксперименттік ортаны қамтамасыз ете отырып, ол фотоэлектрлік технологиядағы инновацияларды басқара отырып, жоғары өнімді перовскит күн батареяларының құрылғыларын дайындауды қамтамасыз етеді. Бүгінгі күні перовскит қолғап қорабы перовскит күн батареяларын коммерцияландыру процесінде стандартты конфигурацияға айналды.
