钙钛矿手套箱助力钙钛矿太阳能电池制备

在全球能源转型的浪潮中，钙钛矿太阳能电池凭借其高光电转换效率（理论效率超30%）、低成本制备工艺和可调带隙等优势，成为新一代光伏技术的明星。然而，钙钛矿材料对湿度、氧气和尘埃等环境因素极为敏感，制备过程中需在高度洁净、惰性气体保护的环境下进行。钙钛矿手套箱作为这一领域的关键设备，通过集成真空镀膜、洁净环境控制和工艺全封闭化，为钙钛矿太阳能电池的研发与产业化提供了稳定、可控的实验平台。

一、钙钛矿太阳能电池技术突破与挑战

钙钛矿太阳能电池自2009年***实现3.8%的光电转换效率以来，短短十余年间效率已突破25%，逼近硅基太阳能电池的理论极限。其优势在于：

材料成本低：原料丰富且制备工艺简单（如溶液涂覆法）；

可柔性化：适用于柔性基底，拓展应用场景；

带隙可调：通过组分工程优化，实现全光谱吸收。

然而，钙钛矿材料的稳定性问题（如湿度、氧气、光照引发的降解）仍是其商业化的主要障碍。制备过程中，大气环境中的水分、氧气和尘埃会导致钙钛矿薄膜产生缺陷，降低器件性能。因此，手套箱成为钙钛矿太阳能电池制备的重要装备。

二、钙钛矿手套箱结构与功能解析

钙钛矿手套箱是由高真空镀膜系统和全封闭惰性气体手套箱两大模块构成，通过无缝衔接实现“制备-封装-测试”全流程闭环：

手套箱与真空镀膜系统集成，可在高真空蒸镀腔室中完成薄膜蒸镀，随后在手套箱内进行样品存放、制备及检测。这种设计实现了蒸镀、封装、测试等工艺的全封闭化，消除了大气环境对钙钛矿材料的影响。

集成FFU超净过滤系统，手套箱内的气体通过除尘风机和高效滤芯（U15超高效或H14高效过滤滤芯）后，产生从上到下的层流，箱体内气体从底部通过循环管道再次送回除尘系统中，确保箱体内洁净度达到十级或百级标准。

手套箱内填充氮气或氩气等惰性气体，避免钙钛矿材料与氧气、水分接触。针对对温度敏感的制备溶液，可以加装空调，将箱内温度精细控制在15-20℃，确保实验条件稳定。

三、钙钛矿手套箱在钙钛矿太阳能电池制备中的应用

钙钛矿手套箱广泛应用于钙钛矿太阳能电池、OLED（有机发光二极管）、PLED（聚合物发光二极管）及半导体器件的制备。以钙钛矿太阳能电池为例，其制备流程包括：

1、基底与材料准备

基底清洗：钙钛矿手套箱为透明导电玻璃（如 FTO 或 ITO）的表面清洗工作提供了一个高度洁净且稳定的环境。在手套箱内，能够有效避免外界灰尘、水汽等杂质的干扰，确保清洗过程不受污染。

材料储存：钙钛矿前驱体溶液对环境极为敏感，极易与空气中的水汽、氧气等发生反应，导致性能下降。手套箱内的高纯惰性气体氛围，为钙钛矿前驱体溶液的储存提供了理想场所。

2、薄膜制备

溶液涂覆：在手套箱内进行钙钛矿溶液的涂覆操作，能够确保涂覆过程不受外界环境因素的影响。无论是采用涂布、刮涂还是旋涂方法，手套箱内稳定的气体环境和洁净度，能保证钙钛矿溶液在均匀涂覆在基底上的过程中，不会混入杂质。

热处理：将涂覆后的基底置于加热台或高温炉内，通过退火处理形成致密的钙钛矿薄膜。

3、电极制备与组装

透明导电电极：在导电玻璃或导电膜上涂覆透明导电氧化物（如 ITO）制成电极并加热固化的过程中，钙钛矿手套箱提供了稳定的操作环境。

光电转换层：手套箱内稳定的温湿度和特定的气氛环境，能确保光电转换层材料在涂覆过程中的均匀性和稳定性。

器件组装：在钙钛矿太阳能电池组装过程中，钙钛矿手套箱营造的密封、洁净、惰性气体环境避免了灰尘、水氧等杂质的混入，确保了各个钙钛矿太阳能电池组件之间的良好接触。

钙钛矿手套箱是钙钛矿太阳能电池从实验室走向产业化的关键支撑。通过提供稳定、可控的实验环境，保障了钙钛矿太阳能电池高性能器件的制备，推动了光伏技术的革新。如今，钙钛矿手套箱已成为钙钛矿电池商业化进程中的标准配置。