2025-12-12 11:25:40, Dr. Dai 清砥量子科学仪器(北京)有限公司
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!
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。
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。
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。
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