台式ALD助力Nature正刊：钙钛矿太阳能电池PCE 26.92%！
发布日期：2025-12-10
在能源材料研究领域，原子层沉积（ALD）技术凭借原子级薄膜控制能力，成为高性能器件研发的核心支撑。但传统立式 ALD 设备存在占地大、难联用等问题，长期制约着实验室前沿研究效率。美国Arradiance公司的GEMStar系列台式原子层沉积ALD系统，在小巧的机身（82 x 64 x 31 cm）中集成了原子层沉积所需的所有功能，节省空间的同时提供了工业级的薄膜沉积性能，非常适合实验室环境下的前沿材料与器件研究。值得一提的是，GEMstar采用侧开式反应腔门，方便与手套箱联用，实现无氧前后处理环境，保障器件界面质量，有效保护了钙钛矿等敏感材料，更助力科研团队在《Nature》发表重磅成果，实现 26.92% 认证效率与超 1000 小时热稳定性的双重突破！
核心亮点：直击科研难题
超小体积，实验室轻松部署：机身仅 82×64×31cm，无需专用机房，直接放置实验桌即可运行；
手套箱无缝联用，隔绝污染：侧开式反应腔门设计，可与手套箱无缝对接，实现无氧无水环境下的连续制备，从根源避免钙钛矿等敏感材料的界面污染；
原子级精准控制：薄膜厚度通过循环次数精确调控，均匀性高达 99%，无针孔、高保形性，可覆盖复杂器件结构；
多规格兼容，适配多元需求：支持 4、6、8 英寸多片样品同时沉积，无论是基础研究还是批量验证，都能高效满足；
标准化流程，数据稳定可复现：统一操作规范保障不同批次器件制备的一致性，为实验结果可靠性筑牢基础。
核心应用：聚焦高能效器件前沿研究
钙钛矿太阳能电池：制备电子传输层、封装层，提升界面相容性与器件稳定性；
可充电电池：制备固态电解质、界面改性、电极与固态电解质副反应的阻隔、润湿性的改善、金属负极的保护等；
敏感材料薄膜沉积：适配有机半导体、金属氧化物等空气敏感材料，避免制备过程中氧化或污染；
多层复杂器件研发：精准构建功能层结构，优化能级对齐，助力传感、微电子等领域创新；
高稳定性器件量产验证：标准化流程与批量沉积能力，为科研成果产业化搭桥。
Nature正刊背书，高水平研究的 “硬核支撑”！
近日，发表于《Nature》的一项研究通过引入可交联的自组装单分子层（SAM）技术，成功制备出认证效率高达26.92%的钙钛矿太阳能电池，并展现出超卓的热稳定性（85°C下连续工作1,000小时效率几乎无衰减）。本研究中太阳能电池器件结构为FTO/SAM/钙钛矿/EDAI₂/C₆₀/ SnOₓ /Ag，作者使用Arradiance公司的GEMStar系列台式原子层沉积ALD系统制备了其中的电子传输层（20 nm厚的SnOₓ薄膜）及封装层（10 nm的Al2O3）。研究者设计了一种含叠氮基团的客分子JJ24，将其与主SAM分子CbzNaph共沉积后，通过热退火触发交联反应，形成共价连接的“增韧”SAM层。该交联结构显著增强了SAM层的构象稳定性，抑制了因分子热摆动导致的基底暴露，从而有效防止了钙钛矿与TCO基底接触引发的分解。同时，交联SAM具有更高的分子偶极矩，能更好地调控界面能级对齐，提升空穴提取效率。
参考文献：Toughened self-assembled monolayers fordurable perovskite solar cells， Nature volume 646, pages95–101 (2025)
在本项研究中，GEMstar ALD系统的标准化操作流程保证了不同批次器件制备的一致性，其制备的薄膜还具有下核心优势：
无针孔、高保形性的均匀覆盖：SnOₓ层均匀、致密且无孔洞，覆盖下方的C₆₀和钙钛矿层，有效防止上电极金属（Ag）的扩散，并减少界面电荷复合。
精确的厚度控制：本研究中所用的20 nm SnOₓ层，其厚度可通过循环次数精确控制，这对于优化器件的电荷提取与传输平衡、减少光学损耗至关重要，保证了器件性能的高度可重复性。
保护空气敏感界面：钙钛矿材料对空气中的水分和氧气极为敏感。将沉积有这些材料的半成品器件直接暴露在大气中进行传输，会严重损害界面质量，导致器件性能急剧下降甚至失效。GEMstar ALD系统的侧开式腔门方便与手套箱连用，可在钙钛矿及有机层的制备后，直接将样品送入ALD腔室进行SnOₓ沉积。这种无缝连接最大限度地减少了界面污染，是获得高性能和高稳定性器件的关键保障。
