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原磊科普|ALD在钙钛矿电池中的应用

原磊科普|ALD在钙钛矿电池中的应用

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  • 来源:
  • 发布时间:2023-08-08
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【概要描述】原磊纳米技术团队多年的工艺开发经验,公司从创业之初,就深入于钙钛矿领域相关材料的研究,目前客户端的ALD镀膜工艺取得了非常好的阶段性成果进展。

原磊科普|ALD在钙钛矿电池中的应用

【概要描述】原磊纳米技术团队多年的工艺开发经验,公司从创业之初,就深入于钙钛矿领域相关材料的研究,目前客户端的ALD镀膜工艺取得了非常好的阶段性成果进展。

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随着全球对可再生能源需求的不断增长,太阳能光伏技术成为解决能源危机和减少碳排放的关键途径之一。而钙钛矿电池作为光伏领域的新兴技术,由于其高效率、低成本等优势,在光伏产业中日益受到重视。

市场主流晶硅电池量产电能转化效率可达25-26%,实验室极限转化效率约为27%,已趋近于理论转化效率;而钙钛矿电池单层理论转化效率为31%,多层理论转化效率可达50%,目前实验室多层(晶硅钙钛矿)转化效率已突破33.5%,已超过晶硅电池的极限转换效率。

钙钛矿电池是利用钙钛矿作为吸光层的薄膜太阳能电池,具有理论效率更高、理论成本更低、发电量更大、应用场景更广四大优势。钙钛矿作为新型光伏材料,能够实现高效转换太阳能为电能,因此被认为是下一代光伏技术的核心关键。

 

资料来源:光伏产业通,华安证券研究所

一、什么是钙钛矿

钙钛矿是一类具有ABX3分子结构的晶体总称。钙钛矿结构的化学通式中A位一般为原子半径较小的阳离子(如Cs+、MA+、FA+等),B位为原子半径较大的过渡金属离子(如Sn2+、Pb2+等),X为卤素阴离子(I-、Br-、Cl-等)。

钙钛矿材料拥有优越的电荷传输性质、长载流子扩散距离、全光谱吸收和高吸光系数,因而可以有效吸收太阳光并高效地产生光生载流子,同时减少在光电转换过程中的能量损失,是较为理想的光电材料,因此在太阳能电池等领域有重要的应用前景。

图片来自网络

 

二、钙钛矿电池的结构

钙钛矿电池为“三明治”结构,常见的3种结构类型为:反式平面结构、正式平面结构和介孔结构。由于反式平面结构更适合叠层结构延伸、工艺成本低等优势,为目前的主流结构,更适用于产业化。

图片来自网络

 

三、钙钛矿电池的优势

1.电能转换效率高:钙钛矿太阳能电池(PSCs)单结理论极限效率超31%,叠层模式下可达50%。 

2.带隙可调:钙钛矿材料带隙可调节,与晶硅材料或者和经过人工调整的钙钛矿材料叠层后,就可以覆盖大范围带隙,因而能够吸收不同波长的光。

3.生产成本低:钙钛矿材料可人工合成、原材料成本低、不易受限,GW级别量产钙钛矿材料成本占比约3%,组件成本<1.0元/W,5-10GW级别量产,组件成本可降至0.5-0.6元/W。

图片来自网络

 

 

四、ALD在钙钛矿电池的应用

原子层沉积(ALD)是一种基于自限制反应的薄膜沉积技术,它能够在复杂结构上沉积高质量和超薄的薄膜,并具有统一的厚度和均匀的化学成分。作为一种成熟的表面改性技术,ALD有望在太阳能电池的发展中发挥关键作用。几年来,越来越多的研究已经开始探索ALD在钙钛矿太阳能电池中的应用。

目前ALD在钙钛矿电子传输层、空穴传输层、封装阻水层等领域已取得了突破性进展,获得了业界的认可。

原磊纳米整理

※电子传输层:提高太阳能电池的转化效率、延长电池的寿命、提高电子的传输速率,ALD用于TiO2、SnO2、ZnO等超薄膜层制备,均匀性、保形性更优异、缺陷更少。

※ 空穴传输层:收集并传输空穴,实现电子-空穴有效分离,同时保护钙钛矿层免受氧气和水汽的侵蚀,ALD用于NiO等优异的超薄膜层制备。

※ 封装层:致密无孔洞,阻挡水氧,增强稳定性,ALD用于Al2O3、TiO2、SnN膜层制备。

 

五、原磊纳米ALD设备优势

原磊纳米技术团队多年的工艺开发经验,公司从创业之初,就深入于钙钛矿领域相关材料的研究,目前客户端的ALD镀膜工艺取得了非常好的阶段性成果进展。

原磊纳米钙钛矿SEM图:ALD SnO2电子传输层致密覆盖

原磊纳米ALD设备Elegant Ⅱ-Y系列产品和Grace Mx系列产品适用于钙钛矿电池领域,并有着广泛的应用。

Elegant Ⅱ-Y系列

原磊纳米的第二代研发型ALD/ALE设备,拥有完全的自主知识产权。符合CE标准,主要针对高校科研院所和小批量生产客户。

※ 可制备M12(兼容M10、M6)的TiO2、SnO2、ZnO、Al2O3、NiO等。

※ 该系列采用双腔设计,从最大程度上保证了沉积的稳定性和源利用率。

※ 集成我司自主研发的传输系统,可实现一键操作,减少人工干预,降低污染的可能性。

※ 该系列还预留了数个升级端口,可同时实现等离子体增强和臭氧工艺。

※ 适合光伏、泛半导体、化合物、特殊记忆体、MEMS和光学器件上的薄膜沉积。

※ 在化合物半导体领域,我司利用ALD技术开发出独特的处理工艺-即ISSET技术,能够大幅提升功率器件的电学性能。

Grace Mx系列

自主研发的第一代多层平板式原子层薄膜沉积(ALD)系统,符合CE标准。

※  可制备多层的TiO2、SnO2、ZnO、Al2O3、NiO等。

※  针对不同领域的研发,最大可容纳样品尺寸及层数可根据客户需求量身定制。

※  独特的模块设计、腔体和前驱源进气系统的优化,实现了超高的工艺稳定性。

※  支持全方位的工艺开发,包括在集成电路、微机电系统、光伏、光学、化学和工业机械等领域中应用。

 

随着钙钛矿电池产业化进程的推进和市场前景的拓展,原磊纳米将加快自主创新步伐,引领市场开拓新格局,为可再生能源的未来发展贡献一份力量。

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