基于低温原子层沉积的钙钛矿太阳能电池薄膜封装
发布时间：2021-08-31 02:29
原子层沉积是一种基于气相前驱体与衬底表面基团间化学反应的薄膜制备技术,其前驱体交替通入的生长方式使得产物以原子级别的厚度被逐层化学吸附在衬底上。原子层沉积制备的薄膜因此具有致密无针孔、保型性高、厚度高度可控、成分高度可控等优点。近年来,原子层沉积制备的封装薄膜成为解决钙钛矿太阳能电池在空气中稳定性问题的重要方法之一。然而,金属卤化物钙钛矿结构的热解温度和化学稳定性极低,封装钙钛矿太阳能电池过程中过高的温度或活性前驱体的使用会导致器件损伤,使性能大幅下降。所以在低温下通过原子层沉积制备高性能封装薄膜至关重要。本文主要围绕基于低温原子层沉积的钙钛矿太阳能电池薄膜封装展开研究,从低温原子层沉积中的反应机制和位阻效应着手,提高制备薄膜的封装性能。最后,在高质量低温原子层沉积薄膜的基础上,针对钙钛矿太阳能电池设计了独特的无损封装结构,首次将等离子增强原子层沉积应用于钙钛矿电池的薄膜封装,成功的解决了钙钛矿电池的高性能封装薄膜制备问题,未来有望大幅提高钙钛矿光伏器件在空气中的稳定性。本论文的主要研究内容和成果概括如下:1、基于原位四极杆质谱仪测试与分析,总结低温下三甲基铝和活性前驱体（氧气等离子体...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
有机发光器件在60℃/85%RH下随时间变化照片[12]。
在传统光电器件中,玻璃基板与封装的玻璃盖板占据了整体厚度的90%以上。近年来,随着超薄柔性器件的普及,玻璃盖板封装的方法不再适用。在柔性光电器件中,除了有机成分的使用对封装方法的水汽透过率(water vapor transmittance rate,WVTR)有着很高的需求外,不同的柔性应用也需要封装材料具有相应的弯曲半径[13](如图1.5(a)所示)。为了解决玻璃盖板本征弯曲性不足的问题,康宁等公司持续进行着超薄柔性玻璃的研发。但除了弯曲性能难以提升以外,粘连玻璃盖板时使用的固化胶也会成为水汽从侧方渗透的路径,限制了整个封装体系的WVTR(如图1.5(b)所示)。与之相比,直接在器件上沉积封装材料避免了固化胶的使用,弯曲半径与WVTR取决于所生长材料的性能,当前可在微米级别实现高性能柔性封装(如图1.5(c)所示),因此薄膜封装逐渐成为柔性光电子器件阻挡水氧侵蚀的首选方案。2011年底,韩国三星公司收购了Vitex System,并购买了该公司的Barix薄膜封装专利,将薄膜封装技术率先用于有机发光器件(organic light-emitting devices,OLEDs)的屏幕封装上。如图1.6所示,Barix薄膜为有机/无机薄膜交叠的封装结构,其中无机阻挡层为溅射法生长的Al2O3薄膜,为封装的核心层,外界的水汽渗透主要通过该层阻挡[15]。但无机层厚度较薄,当薄膜存在针孔,微粒等缺陷时,空气中的水氧会通过缺陷向器件迅速渗透,因此加入有机层平坦缺陷,将无机层做成缺陷去耦合的多个叠层。Barix薄膜中的有机层制备流程如下:蒸发有机材料前驱体,通入沉积腔体后在未加热的衬底上冷凝成均匀胶体,随后使用紫外光照射胶体,使其固化交联形成聚合物薄膜。随着OLEDs显示技术的成熟,Barix薄膜由于工艺复杂,阻挡性能有限等原因被三星弃用,但其有机/无机薄膜叠层的结构设计却成为了薄膜封装的经典结构,在工业和科研领域的后续研发中被广泛使用。
2011年底,韩国三星公司收购了Vitex System,并购买了该公司的Barix薄膜封装专利,将薄膜封装技术率先用于有机发光器件(organic light-emitting devices,OLEDs)的屏幕封装上。如图1.6所示,Barix薄膜为有机/无机薄膜交叠的封装结构,其中无机阻挡层为溅射法生长的Al2O3薄膜,为封装的核心层,外界的水汽渗透主要通过该层阻挡[15]。但无机层厚度较薄,当薄膜存在针孔,微粒等缺陷时,空气中的水氧会通过缺陷向器件迅速渗透,因此加入有机层平坦缺陷,将无机层做成缺陷去耦合的多个叠层。Barix薄膜中的有机层制备流程如下:蒸发有机材料前驱体,通入沉积腔体后在未加热的衬底上冷凝成均匀胶体,随后使用紫外光照射胶体,使其固化交联形成聚合物薄膜。随着OLEDs显示技术的成熟,Barix薄膜由于工艺复杂,阻挡性能有限等原因被三星弃用,但其有机/无机薄膜叠层的结构设计却成为了薄膜封装的经典结构,在工业和科研领域的后续研发中被广泛使用。实验室中有机层的制备方式主要有旋涂固化,气相沉积和喷墨打印几种,通常以性能作为优先考虑因素。对于工业规模生产,美国kateeva公司在2014年推出基于喷墨打印的封装设备YIELDJet Flex,其原理为在封装器件上均匀的打印有机墨滴,在有机墨滴扩散融合后通过紫外光照射固化成膜,如图1.7所示。Kateeva的这种喷墨打印封装设备实现了大规模均匀制备有机封装层,极大的降低了封装所需时间和成本,很快得到各屏幕生产公司的认可和推广。
本文编号：3373996
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
有机发光器件在60℃/85%RH下随时间变化照片[12]。
在传统光电器件中,玻璃基板与封装的玻璃盖板占据了整体厚度的90%以上。近年来,随着超薄柔性器件的普及,玻璃盖板封装的方法不再适用。在柔性光电器件中,除了有机成分的使用对封装方法的水汽透过率(water vapor transmittance rate,WVTR)有着很高的需求外,不同的柔性应用也需要封装材料具有相应的弯曲半径[13](如图1.5(a)所示)。为了解决玻璃盖板本征弯曲性不足的问题,康宁等公司持续进行着超薄柔性玻璃的研发。但除了弯曲性能难以提升以外,粘连玻璃盖板时使用的固化胶也会成为水汽从侧方渗透的路径,限制了整个封装体系的WVTR(如图1.5(b)所示)。与之相比,直接在器件上沉积封装材料避免了固化胶的使用,弯曲半径与WVTR取决于所生长材料的性能,当前可在微米级别实现高性能柔性封装(如图1.5(c)所示),因此薄膜封装逐渐成为柔性光电子器件阻挡水氧侵蚀的首选方案。2011年底,韩国三星公司收购了Vitex System,并购买了该公司的Barix薄膜封装专利,将薄膜封装技术率先用于有机发光器件(organic light-emitting devices,OLEDs)的屏幕封装上。如图1.6所示,Barix薄膜为有机/无机薄膜交叠的封装结构,其中无机阻挡层为溅射法生长的Al2O3薄膜,为封装的核心层,外界的水汽渗透主要通过该层阻挡[15]。但无机层厚度较薄,当薄膜存在针孔,微粒等缺陷时,空气中的水氧会通过缺陷向器件迅速渗透,因此加入有机层平坦缺陷,将无机层做成缺陷去耦合的多个叠层。Barix薄膜中的有机层制备流程如下:蒸发有机材料前驱体,通入沉积腔体后在未加热的衬底上冷凝成均匀胶体,随后使用紫外光照射胶体,使其固化交联形成聚合物薄膜。随着OLEDs显示技术的成熟,Barix薄膜由于工艺复杂,阻挡性能有限等原因被三星弃用,但其有机/无机薄膜叠层的结构设计却成为了薄膜封装的经典结构,在工业和科研领域的后续研发中被广泛使用。
2011年底,韩国三星公司收购了Vitex System,并购买了该公司的Barix薄膜封装专利,将薄膜封装技术率先用于有机发光器件(organic light-emitting devices,OLEDs)的屏幕封装上。如图1.6所示,Barix薄膜为有机/无机薄膜交叠的封装结构,其中无机阻挡层为溅射法生长的Al2O3薄膜,为封装的核心层,外界的水汽渗透主要通过该层阻挡[15]。但无机层厚度较薄,当薄膜存在针孔,微粒等缺陷时,空气中的水氧会通过缺陷向器件迅速渗透,因此加入有机层平坦缺陷,将无机层做成缺陷去耦合的多个叠层。Barix薄膜中的有机层制备流程如下:蒸发有机材料前驱体,通入沉积腔体后在未加热的衬底上冷凝成均匀胶体,随后使用紫外光照射胶体,使其固化交联形成聚合物薄膜。随着OLEDs显示技术的成熟,Barix薄膜由于工艺复杂,阻挡性能有限等原因被三星弃用,但其有机/无机薄膜叠层的结构设计却成为了薄膜封装的经典结构,在工业和科研领域的后续研发中被广泛使用。实验室中有机层的制备方式主要有旋涂固化,气相沉积和喷墨打印几种,通常以性能作为优先考虑因素。对于工业规模生产,美国kateeva公司在2014年推出基于喷墨打印的封装设备YIELDJet Flex,其原理为在封装器件上均匀的打印有机墨滴,在有机墨滴扩散融合后通过紫外光照射固化成膜,如图1.7所示。Kateeva的这种喷墨打印封装设备实现了大规模均匀制备有机封装层,极大的降低了封装所需时间和成本,很快得到各屏幕生产公司的认可和推广。
本文编号：3373996
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