Small Methods: “铜墙铁壁”,原子层沉积助力高效稳定钙钛矿太阳电池

作为新能源发展的前沿领域之一,钙钛矿太阳电池由于其低廉的制造成本以及优异的光电性能展现出巨大的商业化潜力,并受到众多科研工作者的关注。尽管目前光电转换效率已达到25.2%,钙钛矿太阳电池器件本身的稳定性仍然没有得到充分的研究并制约其进一步的商业化发展。钙钛矿太阳电池的稳定性不仅取决于钙钛矿的晶体性质,电荷传输层对其稳定性的影响也是不容忽视的。原子层沉积是基于表面自限制反应的薄膜制备工艺,通过控制沉积的循环次数,可以在原子级别上实现沉积厚度可调的超致密薄膜(如图1)。近些年,原子层沉积制备的金属氧化物薄膜由于其出色的环境稳定性以及优异的半导体特性,在钙钛矿太阳电池中获得了众多的进展与突破。

图1 钙钛矿晶体与原子层沉积(Al2O3)示意图

南昌大学陈义旺教授,胡婷博士近期在Small Methods杂志上发表了综述论文(DOI:10.1002/smtd.202000588),总结了原子层沉积金属氧化物在空穴传输层,电子传输层,叠层器件以及半透明电池这四个方面的发展现状,并对原子层沉积金属氧化物的特点进行详细分析。此外,对原子层沉积金属氧化物在半透明钙钛矿太阳电池中的商业化可行性进行了展望。

  1. 致密的原子层沉积金属氧化物薄膜可以有效阻隔外界水氧以及内部的离子迁移,有效抑制钙钛矿本身的退化问题,大大提高半透明钙钛矿太阳电池使用寿命,有助于光伏建筑一体化的发展。
  2. 对于高效的半透明钙钛矿太阳电池,能级匹配与界面层材料的吸光特性之间需要进行权衡。采用原子层沉积工艺的单层或多层合金化策略,在降低光传输损耗的同时,通过扩大界面层材料选择范围从而实现更匹配的能级排列。

为了避免电池中的漏电现象,完整的界面层覆盖是必要的。然而,界面层的厚度会严重影响光的有效传输。通过原子层沉积加工的金属氧化物界面层可以在极薄的情况下保证光和电流传输,有助于推动高附加值的环保产品(例如发电玻璃等)的研发使用。