低压纳米结晶装置的制作方法

1.本发明涉及一种结晶装置，尤其涉及一种利用钙钛矿前驱液溶剂进行取代反溶剂制程的低压纳米结晶装置。


背景技术：

2.自从日本的宫坂力教授在2009年提出以甲基胺碘酸铅(methylammonium lead iodide,mapbi3)作为太阳能电池的吸光层后，钙钛矿太阳能电池效能进展神速，单结(single-junction)效率已经接近26％，可与传统的硅太阳能电池发电效率媲美，生产成本更只有常规硅太阳能电池的1/3，是目前百家争鸣的太阳能技术，其工业化最大的挑战之一为大面积稳定的均匀结晶。
3.钙钛矿前驱液溶质为三种作用力强烈的离子化合物，需要用特定配比的非质子性极性溶剂混合来溶解溶质，并且在前驱液溶质与溶剂产生缩聚合-成核结晶，此阶段对于最后的薄膜结晶品质有决定性的影响。大多数发表的已知制程使用高挥发性离子溶剂，搭配常压下的强力风刀吹气使溶剂挥发促使钙钛矿结晶。此种制程钙钛矿薄膜结晶品质好，生产速度快，但是需使用复杂配比的溶剂与钙钛矿离子溶液添加剂，增加了制程的复杂性，和钙钛矿前驱液的储存不稳定性。且为了在常压下能使干燥成膜，主溶剂使用易挥发的二甲基甲酰胺(dimethylformamide,dmf)、乙腈(acetonitrile,acn)或乙二醇甲醚(2-methoxyethanol,2-me)等毒性致癌物质。另外，为了使钙钛矿结晶完全，小型实验常使用反溶剂制程(anti-solvent process)，即在湿膜上滴入前驱液的反溶剂(溶质不溶于反溶剂)使溶质析出结晶，其滴下的时间点要非常准确且难以在大面积制程上实现。另外，在钙钛矿制程中，常用的反溶剂有乙醚(ethoxyethane)、甲苯(toluene)、氯苯(chlorobenzene,cb)等挥发性有毒气体，可能会导致使用者的健康问题。
4.化学气相沉积法(cvd)注入多种气体反应物，在基板上起化学反应，形成的产物沉积在基板上。在化学气相沉积机台中，会放置一片层板，挡在气体管线出气孔而使气体流向层板上的孔洞，其面积比导入管线大。反应物则借由浓度梯度差扩散至基板，基板须离层板一段距离，以避免反应初期浓度不均匀的情况。因此，此种制程需使用高度较高的腔体，因而造成反应物的浪费。
5.原子层沉积法(atomic layer deposition,ald)与cvd类似，机台会先后注入多种气体反应物，由于基板的特性，气体分子只会沉积一层在基板上，因此只要气体浓度仍在作业范围，浓度不均并不会造成膜厚不均，为了使反应物能更快的到达基板表面，在出气口附近会安装分流器，但单层分流器不适用于较大面积的制程，因为离出气口较远的分流器输出口仍然没有被分配到足够的气流。是以，针对上述已知结构所存在之问题点，如何开发一种更具理想实用性之创新结构，实消费者所殷切企盼，亦是相关业者须努力研发突破之目标及方向。


技术实现要素：

6.本发明之目的在于提供一种低压纳米结晶装置，其借由一腔体内靠近气体导入侧有多个分流板，每一个分流板上都有多个孔洞，分流板离气流导入管愈远，其孔洞面积愈大，使流体减缓进入的速度，因此当流体接触一待结晶体时的压力更小也更加均匀，以达到实现大面积且均匀的气体制程的功效。
7.为达到上述之目的，本发明提供一种低压纳米结晶装置，包括有：一腔体、多个进气装置、一第一分流板、一第二分流板、一抽取装置以及一基板。该腔体具有相对应的一第一侧面以及一第二侧面。该进气装置连接于该第一侧面上，可提供一气体进入该腔体中。该第一分流板位于该腔体中，且邻靠该第一侧面，该第一分流板还包括有多个第一开孔，该第一开孔具有一第一面积。该第二分流板位于该腔体中，且邻靠该第一分流板远离该第一侧面的一侧，该第二分流板与该第一分流板相距有一第一距离，该第二分流板还包括有多个第二开孔，该第二开孔具有一第二面积，该第二面积大于该第一面积。该抽取装置连接于该第二侧面上，该抽取装置将该腔体中的该气体抽离至一外界。该基板位于该腔体中，且邻靠该第二侧面，该基板外缘与该腔体内壁相距一间隙，且该基板可承载一待结晶体。
8.其中，该进气装置以该气体进入方向映射至该第一分流板位置处不具有该第一开孔，且该第一开孔以该气体进入方向映射至该第二分流板位置处不具有该第二开孔，使该气体进入该腔体时，依序通过该第一分流板、该第一开孔、该第二分流板、该第二开孔至该待结晶体，且该气体沿该间隙被该抽取装置将该气体抽离至该外界。
9.于本发明之一较佳实施例中，该低压纳米结晶装置还包括有一加热装置，该加热装置位于该腔体中，且贴靠该基板，该加热装置可加热或维持该基板至一温度。
10.于本发明之一较佳实施例中，该第一开孔以及该第二开孔皆为圆形形状，该第一开孔半径为0.5毫米(mm)至1.5毫米(mm)之间，该第二开孔半径为1.5毫米(mm)至2.5毫米(mm)之间。
11.于本发明之一较佳实施例中，该第一距离为0.2毫米(mm)至3.0毫米(mm)之间。
12.于本发明之一较佳实施例中，该第一分流板的外缘周围与该腔体的内壁相互贴靠连接，且该第二分流板的外缘周围与该腔体的内壁相互贴靠连接。
13.于本发明之一较佳实施例中，该低压纳米结晶装置还包括有一第三分流板，位于该腔体中，且邻靠该第二分流板远离该第一侧面的一侧，该第三分流板与该第二分流板相距有一第二距离，该第三分流板还包括有多个第三开孔，该第三开孔具有一第三面积，该第三面积大于该第二面积，且该第二开孔以该气体进入方向映射至该第三分流板位置处不具有该第三开孔。该第三开孔为圆形形状，且该第三开孔半径为2.5毫米(mm)至3.5毫米(mm)之间，该第三分流板的外缘周围与该腔体的内壁相互贴靠连接，该第二距离为0.2毫米(mm)至3.0毫米(mm)之间。
14.于本发明之一较佳实施例中，该待结晶体透过旋涂、刮涂、狭缝涂布、喷涂或其他手段位于该基板上。
15.于本发明之一较佳实施例中，该待结晶体为一钙钛矿薄膜，该钙钛矿薄膜为一钙钛矿前驱液透过旋涂、刮涂、狭缝涂布、喷涂或其他手段位于该基板上。该钙钛矿薄膜可位于该基板上进行一再处理制程，该再处理制程为一再结晶或一钝化制程。
附图说明
16.为让本发明的上述与其他目的、特征、优点与实施例能更浅显易懂，所附图式之说明如下：
17.图1为本发明低压纳米结晶装置第一较佳实施例侧视剖面结构示意图。
18.图2为本发明多个分流板立体结构第一较佳实施例排列示意图。
19.图3为本发明低压纳米结晶装置第二较佳实施例侧视剖面结构示意图。
20.图4为本发明多个分流板立体结构第二较佳实施例排列示意图。
21.图5为本发明低压纳米结晶装置不具有分流板时基板的气压分布示意图。
22.图6为本发明低压纳米结晶装置具有二分流板时基板的气压分布示意图。
23.图7为本发明低压纳米结晶装置具有一分流板时钙钛矿薄膜成型图。
24.图8为本发明低压纳米结晶装置具有三分流板时钙钛矿薄膜成型图。
25.根据惯常的作业方式，图中各种特征与元件并未依实际比例绘制，其绘制方式是为了以最佳的方式呈现与本发明相关的具体特征与元件。此外，在不同附图间，以相同或相似的元件符号指称相似的元件及部件。
26.符号说明：
27.1：腔体
28.11：第一侧面
29.12：第二侧面
30.2：进气装置
31.3：第一分流板
32.31：第一开孔
33.4：第二分流板
34.41：第二开孔
35.5：抽取装置
36.6：基板
37.61：待结晶体
38.7：第三分流板
39.71：第三开孔
40.8：加热装置
41.9：气体
42.r1：第一开孔半径
43.r2：第二开孔半径
44.r3：第三开孔半径
45.s：间隙
46.d1：第一距离
47.d2：第二距离。
具体实施方式
48.为方便审查员能对本发明之目的、形状、构造装置特征及其功效，做更进一步之认
识与了解，兹举实施例配合图式，详细说明如下。
49.以下揭露提供不同的实施例或示例，以建置所提供之标的物的不同特征。以下叙述之成分以及排列方式的特定示例是为了简化本公开，目的不在于构成限制；元件的尺寸和形状亦不被揭露之范围或数值所限制，但可以取决于元件之制程条件或所需的特性。例如，利用剖面图描述本发明的技术特征，这些剖面图是理想化的实施例示意图。因而，由于制造工艺和/公差而导致图示之形状不同是可以预见的，不应为此而限定。
50.再者，空间相对性用语，例如「下方」、「在
…
之下」、「低于」、「在
…
之上」以及「高于」等，是为了易于描述附图中所绘示的元素或特征之间的关系；此外，空间相对用语除了附图中所描绘的方向，还包含元件在使用或操作时的不同方向。
51.请参阅图1及图2，其为本发明低压纳米结晶装置第一较佳实施例侧视剖面结构示意图，及多个分流板立体结构排列示意图。本发明提供一种低压纳米结晶装置，包括有：一腔体1、多个进气装置2、一第一分流板3、一第二分流板4、一抽取装置5以及一基板6。该腔体1具有相对应的一第一侧面11以及一第二侧面12。该进气装置2连接于该第一侧面11上，可提供一气体9进入该腔体1中，该气体9可为任意气体。该第一分流板3位于该腔体1中，且邻靠该第一侧面11，该第一分流板3还包括有多个第一开孔31，该第一开孔31具有一第一面积。该第一开孔31为圆形形状，该第一开孔31半径r1为0.5毫米(mm)至1.5毫米(mm)之间，当然，该第一开孔31形状为不限于圆形，亦可为方形、矩形、三角形等，实际上任何型态皆可。
52.该第二分流板4位于该腔体1中，且邻靠该第一分流板3远离该第一侧面11的一侧，该第二分流板4与该第一分流板3相距有一第一距离d1，该第二分流板4还包括有多个第二开孔41，该第二开孔41具有一第二面积，该第二面积大于该第一面积。该第二开孔41为圆形形状，该第二开孔41半径r2为1.5毫米(mm)至2.5毫米(mm)之间，而该第一距离d1为0.2毫米(mm)至3.0毫米(mm)之间。于本发明较佳实施例中，该第一分流板3的外缘周围与该腔体1的内壁相互贴靠连接，且该第二分流板4的外缘周围与该腔体1的内壁相互贴靠连接。
53.该抽取装置5连接于该第二侧面12上，该抽取装置5将该腔体1中的该气体9抽离至一外界(图中未示出)。该基板6位于该腔体1中，且邻靠该第二侧面12，该基板6外缘与该腔体1内壁相距一间隙s，且该基板6可承载一待结晶体61，该待结晶体61通过旋涂、刮涂、狭缝涂布、喷涂或其它手段位于该基板6上。
54.于本发明较佳实施例中，该待结晶体61为一钙钛矿薄膜，该钙钛矿薄膜为一钙钛矿前驱液透过旋涂、刮涂、狭缝涂布、喷涂或其他手段位于该基板6上。当然，该钙钛矿薄膜可位于该基板6上进行一再处理制程，该再处理制程为一再结晶或一钝化制程。该低压纳米结晶装置还包括有一加热装置8，该加热装置8位于该腔体1中，且贴靠该基板6，该加热装置8可加热或维持该基板6至一温度，使该待结晶体7位于该基板6上，维持在一操作温度。
55.其中，该进气装置2以该气体9进入方向映射至该第一分流板3位置处不具有该第一开孔31，且该第一开孔31以该气体9进入方向映射至该第二分流板4位置处不具有该第二开孔41，使该气体9进入该腔体1时，依序通过该第一分流板3、该第一开孔31、该第二分流板4、该第二开孔41至该待结晶体61，且该气体9沿该间隙s被该抽取装置5将该气体9抽离至该外界。因此，借由该进气装置2以该气体9进入方向映射至该第一分流板3位置处不具有该第一开孔31，将使该气体9进入该腔体1时，先撞击该第一分流板3上，再平稳流至多个该第一开孔31中。此时，借由该第一距离d1长度以及该第一开孔31的大小外，且该第一开孔31以该
气体9进入方向映射至该第二分流板4位置处不具有该第二开孔41的设计，将该气体9撞击该第二分流板4上，再平稳流至多个该第二开孔41中。由于该第二开孔41大于该第一开孔31，将使得该气体9能减缓接触该待结晶体61的速度，且接触的压力更小也更加均匀，以达到实现大面积且均匀的气体制程的功效。
56.请参阅图3及图4所示，其为本发明低压纳米结晶装置第二较佳实施例侧视剖面结构示意图，及多个分流板立体结构排列示意图。与上述实施例不同的是，本发明低压纳米结晶装置还包括有一第三分流板7，该第三分流板7位于该腔体1中，且邻靠该第二分流板4远离该第一侧面11的一侧，该第三分流板7与该第二分流板4相距有一第二距离d2，该第三分流板7还包括有多个第三开孔71，该第三开孔71具有一第三面积，该第三面积大于该第二面积，且该第二开孔41以该气体9进入方向映射至该第三分流板7位置处不具有该第三开孔71。该第三开孔71为圆形形状，且该第三开孔71半径r3为2.5毫米(mm)至3.5毫米(mm)之间，该第三分流板7的外缘周围与该腔体1的内壁相互贴靠连接，该第二距离d2为0.2毫米(mm)至3.0毫米(mm)之间。
57.请参阅图5至图8所示，其为本发明低压纳米结晶装置不具有分流板时及具有二分流板时基板的气压分布示意图，以及本发明低压纳米结晶装置具有一分流板时及具有三分流板时钙钛矿薄膜成型图。如图5中，该进气装置2以管流量设为2slm(slm:standard liter/minute，标准状况下x升/分钟)，该抽取装置5气压设为0atm，该基板6上气压最低点为深蓝色(0.015atm)，最高点为红色(0.016atm)，该待结晶体61就会产生如图7中的缺陷，排列为格子的针状孔洞十分明显。而如图6中，该进气装置2以管流量设为2slm(slm:standard liter/minute，标准状况下x升/分钟)，该抽取装置5气压设为0atm，该基板6上气压最高点为红色(0.033atm)，最低点为橙色(0.033atm)。该待结晶体61就会产生如图8中，无明显缺陷的状态。
58.以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种低压纳米结晶装置，包括：一腔体，具有相对应的一第一侧面以及一第二侧面；多个进气装置，分别连接于该第一侧面上，该进气装置可提供一气体进入该腔体中；一第一分流板，位于该腔体中，且邻靠该第一侧面，该第一分流板还包括有多个第一开孔，该第一开孔具有一第一面积；一第二分流板，位于该腔体中，且邻靠该第一分流板远离该第一侧面的一侧，该第二分流板与该第一分流板相距有一第一距离，该第二分流板还包括有多个第二开孔，该第二开孔具有一第二面积，该第二面积大于该第一面积；一抽取装置，连接于该第二侧面上，该抽取装置将该腔体中的该气体抽离至一外界；一基板，位于该腔体中，且邻靠该第二侧面，该基板外缘与该腔体内壁相距一间隙，且该基板可承载一待结晶体；其中，该进气装置以该气体进入方向映射至该第一分流板位置处不具有该第一开孔，且该第一开孔以该气体进入方向映射至该第二分流板位置处不具有该第二开孔，使该气体进入该腔体时，依序通过该第一分流板、该第一开孔、该第二分流板、该第二开孔至该待结晶体，且该气体沿该间隙被该抽取装置将该气体抽离至该外界。2.如权利要求1所述的低压纳米结晶装置，其特征在于，该低压纳米结晶装置还包括有一加热装置，该加热装置位于该腔体中，且贴靠该基板，该加热装置可加热或维持该基板至一温度。3.如权利要求1所述的低压纳米结晶装置，其特征在于，该第一开孔以及该第二开孔皆为圆形形状，该第一开孔半径为0.5毫米至1.5毫米之间，该第二开孔半径为1.5毫米至2.5毫米之间。4.如权利要求1所述的低压纳米结晶装置，其特征在于，该第一距离为0.2毫米至3.0毫米之间。5.如权利要求1所述的低压纳米结晶装置，其特征在于，该第一分流板的外缘周围与该腔体的内壁相互贴靠连接，且该第二分流板的外缘周围与该腔体的内壁相互贴靠连接。6.如权利要求1所述的低压纳米结晶装置，其特征在于，该低压纳米结晶装置还包括有一第三分流板，位于该腔体中，且邻靠该第二分流板远离该第一侧面的一侧，该第三分流板与该第二分流板相距有一第二距离，该第三分流板还包括有多个第三开孔，该第三开孔具有一第三面积，该第三面积大于该第二面积，且该第二开孔以该气体进入方向映射至该第三分流板位置处不具有该第三开孔。7.如权利要求6所述的低压纳米结晶装置，其特征在于，该第三开孔为圆形形状，且该第三开孔半径为2.5毫米至3.5毫米之间，该第三分流板的外缘周围与该腔体的内壁相互贴靠连接，该第二距离为0.2毫米至3.0毫米之间。8.如权利要求1所述的低压纳米结晶装置，其特征在于，该待结晶体通过旋涂、刮涂、狭缝涂布、喷涂或其他手段位于该基板上。9.如权利要求1所述的低压纳米结晶装置，其特征在于，该待结晶体为一钙钛矿薄膜，该钙钛矿薄膜为一钙钛矿前驱液，通过旋涂、刮涂、狭缝涂布、喷涂或其他手段位于该基板上。10.如权利要求9所述的低压纳米结晶装置，其特征在于，该钙钛矿薄膜可位于该基板
上进行一再处理制程，该再处理制程为一再结晶或一钝化制程。

技术总结
本发明提供一种低压纳米结晶装置，包括：一腔体、多个进气装置、多个分流板、一抽取装置以及一基板。该进气装置以一气体进入方向提供一气体进入该腔体中。该分流板具有多个开孔，越靠近该进气装置的该分流板中的该开孔面积越小，且二个相邻的该分流板以该气体进入方向映射的该开孔位置不重迭。该基板可承载一待结晶体。当该气体进入该腔体时，经过多个分流板后，使该气体接触该待结晶体时的压力更小也更加均匀，最后该气体被该抽取装置抽离至该外界。界。界。


技术研发人员：蓝翔 赵芷暄
受保护的技术使用者：台湾钙钛矿科技股份有限公司
技术研发日：2023.08.21
技术公布日：2023/10/15