原磊科普|ALD在钙钛矿电池中的应用
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- 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。
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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。
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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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