Nature Energy，效率24.3%！原子层沉积 ALD 为钙钛矿叠层电池开辟量产新路径
发布日期：2026-07-10
在钙钛矿/硅叠层太阳能电池的制备中，顶部钙钛矿层能否在微米级织构化硅底电池表面实现高保形、无针孔的均匀覆盖，直接决定了界面复合抑制效果与光电流匹配效率。近期，知名期刊 《Nature Energy》刊发以《Close-space sublimation as a versatile deposition process for efficient perovskite silicon tandem solar cells》为题的重要研究成果：研究团队采用近空间升华（CSS）技术，搭配Arradiance 台式三维原子层沉积系统-ALD，成功将蒸镀 PbI₂ 无机支架转化为高质量宽带隙钙钛矿吸收层，在微米织构硅底电池上均实现了高达 24.3% 的功率转换效率。
在上述研究中，团队采用的 Arradiance 台式三维原子层沉积系统-ALD ，用于60℃低温沉积 SnOₓ 缓冲层，兼顾电子传输与界面保护。 GEMstar XT 具备原子级精准控制能力，其薄膜厚度可通过循环次数精确调控，能够制备出无针孔、高保形性的均匀薄膜。尤为关键的是，ALD-SnOₓ 有效解决了后续透明电极（IZO）溅射过程中的物理轰击损伤问题，使得半透明器件的批次一致性与良率得到大幅提升，为高效叠层电池的规模化制备扫清了关键障碍。 此外，该设备的一大亮点在于其侧开式反应腔门设计，使其能够与氮气手套箱实现无缝对接；这一设计让完成钙钛矿层制备的半成品样品可以直接送入 ALD 腔室，全程避免了空气暴露导致的界面污染，极大地保障了钙钛矿等空气敏感材料的界面质量。
图1. 台式三维原子层沉积系统-ALD
核心亮点：
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。
图2展示了 CSS 工艺制备的宽带隙钙钛矿/硅叠层太阳能电池的器件结构与光伏性能。该图对比了在平面、纳米织构及微米织构三种不同形貌硅底电池上的最佳 J-V（电流密度-电压）特性曲线及相关参数。数据显示，微米织构底电池凭借更优的光捕获能力获得了最高的电流密度，最终实现了 24.3% 的最高效率。这一结果强有力地证明了 CSS 工艺在不同粗糙度表面上制备钙钛矿顶电池时，具有极强的适应性与工艺宽容度，且无需调整沉积参数即可保证器件的高效输出。
图2. 将近空间沉积的宽带隙钙钛矿集成到采用不同纹理硅底电池的单片钙钛矿/硅串联太阳能电池中的性能
图3通过多角度表征深入揭示了 CSS 工艺的微观优势。 截面 SEM 图像显示，无论是在平面还是微米织构底电池上，CSS 工艺均展现出了超卓的保形覆盖能力，钙钛矿层像“皮肤”一样贴合基底轮廓。 此外，空间分辨 k 因子成像（PL Mapping）表明，1 cm² 活性区域内的 k 因子分布高度集中，无明显暗点。这些数据共同印证了 CSS 工艺在复杂纹理上制备的钙钛矿薄膜具有高度均匀的光电质量与低缺陷密度，而这一切都离不开 GEMstar XT 所制备的高质量 ALD-SnOₓ 缓冲层的保驾护航。
图3. 对沉积在具有不同表面形貌的硅底电池上的钙钛矿薄膜进行形貌和结构分析
参考文献：
[1]. Close-space sublimation as a versatile deposition process for efficient perovskite silicon tandem solar cells, Nature Energy, 2026
