钙钛矿太阳能电池领域用手套箱

在钙钛矿太阳能电池的制备过程中，其光敏活性层及功能界面对于环境气氛中的水分和氧气具有高度的敏感性。微小的环境波动就可能导致材料降解、器件效率衰减等问题，因此在手套箱内开展制备工作已成为行业内的标准操作模式。手套箱综合性能直接决定了钙钛矿太阳能电池制备过程的可控性、再现性以及成品器件的性能与稳定性。为确保制备成功，手套箱的一些关键注意事项需严格把控。

一：手套箱内维持水氧含量＜1PPM

钙钛矿制备材料的化学稳定性较差，与水分和氧气接触会导致其分解与氧化，从而劣化电池的光电转换效率与长期稳定性。

水、氧含量是手套箱环境控制的重要指标，对于钙钛矿太阳能电池制备而言，必须将箱内水、氧含量稳定控制在＜1ppm的极低水平。这是保障钙钛矿材料本征特性、实现高质量晶体生长和稳定界面形成的基础前提。

为确保手套箱内的水氧值能够稳定维持在1ppm以下，需确保手套箱箱体（包括视窗、手套、密封圈等）的气密性，以彻底阻隔外部杂质的渗透；使用高纯惰性气体，避免工作气体不纯，引入过多杂质进入箱内；同时，必须严格监控并定期再生或更换净化材料，保障其持续高效的深度净化能力等；通过这些措施，实现手套箱内的低水氧气氛环境持续且稳定维持。

二：钙钛矿手套箱内的洁净环境

洁净的箱内环境是避免杂质污染钙钛矿材料的重要前提，尤其是在薄膜沉积等关键制备环节，微小的尘埃颗粒都可能成为器件缺陷的诱因。手套箱可在箱体顶部配备FFU超净过滤系统，由除尘风机驱动手套箱内部气体经H14高效或U15超高效过滤滤芯过滤后，形成稳定的单向垂直层流，有效去除工作区内的颗粒物，使手套箱内操作区域的洁净度达到十级或百级标准，为钙钛矿太阳能电池的高精度制备提供洁净环境支撑。

箱内气体在流经底部区域后，通过循环管道重新回流至除尘系统，形成闭环循环过滤模式，手套箱内能始终保持洁净环境的稳定性。

三：有机溶剂的处理与温度调控

1：有机溶剂的处理

在钙钛矿太阳能电池制作过程中，溶液配制与器件后处理时，有机溶剂（如二甲基甲酰胺DMF和二甲基亚砜DMSO等）会从溶液中挥发，积聚在手套箱内。这些挥发性有机溶剂可能与钙钛矿材料发生相互作用，影响器件性能，也会对手套箱传感器构成潜在风险。

针对这一问题，可开启手套箱的 “清洗” 功能，通过惰性工作气体置换的方式，将箱内混合有有机溶剂的气体排出箱外；同时建议加装加大规格的有机溶剂吸附器，利用吸附材料对箱内残留的有机溶剂进行深度吸附，进一步降低其浓度。

2：温度调控

制备钙钛矿溶液，需要将钙和钛的化合物加入有机溶剂内，同时添加一些表面活性剂和稳定剂来提高溶液的稳定性，这些材料需要储存在无水无氧无尘的手套箱内。

有一些制备溶液对温度比较敏感，温度波动可能导致溶液浓度不均、结晶速率异常等问题。对此，可在手套箱内加装工业空调系统，将箱内温度精确控制在15-20℃的适宜范围内，为溶液制备、薄膜生长等环节提供稳定的温度环境，保障实验条件的一致性。