Podczas przygotowywania perowskitowych ogniw słonecznych warstwa fotoaktywna i interfejsy funkcjonalne są bardzo wrażliwe na wilgoć i tlen w otaczającej atmosferze. Niewielkie wahania środowiska mogą prowadzić do degradacji materiału, zmniejszenia wydajności urządzenia i innych problemów. Dlatego prowadzenie prac przygotowawczych w komorze rękawicowej stało się standardową praktyką w branży. Ogólna wydajność komory rękawicowej bezpośrednio determinuje sterowalność, powtarzalność i spójność procesu wytwarzania perowskitowych ogniw słonecznych, a także wydajność i stabilność urządzeń końcowych. Aby zapewnić pomyślne przygotowanie, należy zwrócić szczególną uwagę na pewne krytyczne aspekty komory rękawicowej.
(一) Utrzymywanie poziomu wilgoci i tlenu <1 ppm w komorze rękawicowej
Materiały do przygotowania perowskitu wykazują słabą stabilność chemiczną. Kontakt z wilgocią i tlenem może powodować ich rozkład i utlenianie, pogarszając w ten sposób efektywność konwersji fotoelektrycznej i długoterminową stabilność ogniw słonecznych.
Poziom wilgoci i tlenu to krytyczne parametry kontroli środowiska w komorze rękawicowej. W przypadku produkcji perowskitowych ogniw słonecznych zawartość wilgoci i tlenu wewnątrz skrzynki musi być stale utrzymywana na wyjątkowo niskim poziomie <1 ppm. Jest to podstawowy warunek zachowania swoistych właściwości materiałów perowskitowych, umożliwiający wzrost kryształów o wysokiej jakości i tworzenie stabilnych powierzchni międzyfazowych.
Aby zawartość wilgoci i tlenu w komorze rękawicowej utrzymywała się na stałym poziomie poniżej 1 ppm, niezbędne są następujące środki: zapewnienie szczelności korpusu komory rękawicowej (w tym wziernika, rękawic, uszczelek itp.), aby całkowicie zablokować przenikanie zanieczyszczeń zewnętrznych; stosowanie gazów obojętnych o wysokiej czystości, aby uniknąć wprowadzenia zanieczyszczeń z gazu roboczego; ścisłe monitorowanie i regularna regeneracja lub wymiana materiałów oczyszczających w celu utrzymania ich trwałej, wysokiej wydajności zdolności do głębokiego oczyszczania. Dzięki tym środkom można stale i stabilnie utrzymywać atmosferę o niskiej zawartości wilgoci i tlenu w komorze rękawicowej.
(二) Czyste środowisko w komorze rękawicowej z perowskitu
Czyste środowisko wewnątrz komory rękawicowej ma kluczowe znaczenie, aby uniknąć zanieczyszczenia materiałów perowskitowych zanieczyszczeniami, szczególnie podczas kluczowych etapów przygotowania, takich jak osadzanie cienkowarstwowe. Nawet najmniejsze cząsteczki kurzu mogą stać się źródłem usterek w urządzeniach. Schowek rękawicowy może być wyposażony w ultraczysty system filtracji FFU (Fan Filter Unit) umieszczony w górnej części szafy. Napędzany wentylatorem odpylającym, gaz znajdujący się w komorze rękawicowej przechodzi przez wysokowydajne wkłady filtrujące H14 lub U15 o ultrawysokiej skuteczności, tworząc stabilny, jednokierunkowy, pionowy, laminarny przepływ powietrza. To skutecznie usuwa cząstki stałe z obszaru roboczego, osiągając poziom czystości klasy 10 lub 100 w strefie operacyjnej komory rękawicowej, zapewniając w ten sposób czyste środowisko dla precyzyjnej produkcji perowskitowych ogniw słonecznych.
Po przepłynięciu przez obszar dna gaz wewnętrzny powraca do układu odpylania kanałami cyrkulacyjnymi, tworząc tryb filtracji w obiegu zamkniętym. Dzięki temu w komorze rękawicowej można stale utrzymywać stabilne i czyste środowisko.
(三) Postępowanie z rozpuszczalnikami organicznymi i kontrola temperatury
1. Postępowanie z rozpuszczalnikami organicznymi
Podczas przygotowywania perowskitowych ogniw słonecznych rozpuszczalniki organiczne (takie jak dimetyloformamid, DMF i sulfotlenek dimetylu, DMSO) mogą odparowywać z roztworów podczas przygotowywania roztworów i końcowej obróbki urządzenia, gromadząc się w komorze rękawicowej. Te lotne rozpuszczalniki organiczne mogą potencjalnie wchodzić w interakcje z materiałami perowskitowymi, wpływając na działanie urządzenia, a także mogą stwarzać ryzyko dla czujników komory rękawicowej. Aby rozwiązać ten problem, można włączyć funkcję „oczyszczania” schowka podręcznego, wykorzystując obojętny gaz roboczy do wyparcia i usunięcia mieszaniny gazów zawierającej rozpuszczalniki organiczne ze schowka. Zaleca się także zainstalowanie powiększonego adsorbera rozpuszczalników organicznych, który wykorzystuje materiały adsorpcyjne do głębokiej adsorbcji pozostałości rozpuszczalników organicznych wewnątrz komory rękawicowej, jeszcze bardziej zmniejszając ich stężenie.
2. Kontrola temperatury
Aby przygotować roztwory perowskitu, związki ołowiu i halogenków (uwaga: w oryginalnym tekście wspomniano o „związkach wapnia i tytanu”, co nie jest standardem dla prekursorów perowskitu; typowe perowskity do ogniw słonecznych wykorzystują halogenki ołowiu, takie jak PbI2 lub PbBr2, lub halogenki cyny. Zakładając niewielką niedokładność w oryginale i dostosowując się do powszechnej wiedzy) należy rozpuścić w rozpuszczalnikach organicznych, często z dodatkiem środków powierzchniowo czynnych i stabilizatorów w celu poprawy stabilności roztworu. Materiały te wymagają przechowywania w komorze rękawicowej wolnej od wilgoci, tlenu i kurzu. Niektóre roztwory przygotowawcze są wrażliwe na temperaturę. Wahania temperatury mogą prowadzić do problemów, takich jak nierównomierne stężenie roztworu lub nieprawidłowe szybkości krystalizacji. Aby rozwiązać ten problem, w komorze rękawicowej można zainstalować przemysłowy system klimatyzacji, który precyzyjnie kontroluje temperaturę wewnętrzną w odpowiednim zakresie, zwykle około 15–20°C. Zapewnia to stabilne środowisko temperaturowe do przygotowania roztworu, wzrostu cienkowarstwowego i innych etapów, zapewniając spójność w warunkach eksperymentalnych.
