原子层沉积技术 (ALD) 在钙钛矿电池中的应用

1. 钙钛矿光伏电池

2013 年，钙钛矿光伏电池被《科学》杂志评选为年度十大科学突破，从最初3.8%的转化效率，跃升至如今晶硅-钙钛矿叠层电池33.89%的转换效率(图1)，以10年时间，走完晶硅光伏电池半个世纪发展之路(图2)。钙钛矿光伏电池被认为是未来颇具应用潜力的光伏技术之一，已经成为全球新能源领域备受瞩目的黑马。

图 1. 2023年晶硅-钙钛矿叠层电池最高效率

图 2. 光伏产业历史发展图

2.ALD 技术

ALD技术 (Ato mic Layer Deposi tion)是一种在纳米尺度上进行薄膜沉积的先进技术，它通过在基底表面逐层沉积原子或分子形成薄膜，以精确控制厚度和组成。ALD相关应用详见 ALD前驱体应用。

3. ALD在钙钛矿 光伏电池 中的应用

2009 年，Miyaska课题组将钙钛矿材料MAPbI 3 用作燃料敏化太阳能电池的光伏活性层，正式开启了钙钛矿 光伏 电池的新纪元。ALD凭借其均匀成膜性、精准控制厚度和保形性等多种优势， 在钙钛矿电池保护层以及封装材料方面都有逐渐成熟的应用，显著提高了电池的应用性能及稳定性 。

Ø ALD-SnO2 钙钛矿保护层

在串联型钙钛矿光伏组件中，钙钛矿吸光层与背面金属电极间直接接触互连，其中卤素离子与金属会相互扩散影响电池的稳定性和效率。为了解决这个难题，谭海仁课题组利用 ALD技术沉积10nm的SnO 2电子传输层作为保形扩散屏障(ALD-SnO2-CDB)和窄带隙(NBG)钙钛矿保护层(ALD-SnO2 )，既避免钙钛矿与金属电极之间的相互扩散和反应，又防止NBG钙钛矿在空气中被氧化，实现了大气氛围条件下组件的互联制备、测试和封装等操作过程。经日本JET认证的稳态效率达21.7%，该工作被誉为“光伏领域中一个重要的里程碑”。

Ø 钙钛矿电池封装

2017 年，Koushik课题组在100℃的沉积温度下，选用三甲基铝 (TMA)和水作为反应的前驱体，在钙钛矿活性层上利用ALD技术制备Al2O3薄膜作为器件的疏水层，提升了电池器件在空气中的稳定性，验证了ALD技术制备Al2O3薄膜做封装材料的有效性。

以上图片来自网络和参考文献

参考文献

1. Chem. Mater. 2017, 29, 3809 − 3826

2. Science . 2022, 376, 762–767 .

3. Energy Environ. Sci., 2017, 10, 91–100 .