吉大段羽Nano Energy：提高鈣鈦礦電池在空氣中穩定性的薄膜封裝技術

引言

目前基于鈣鈦礦的太陽能電池效率已經接近實用化，但是外界的濕氣會導致鈣鈦礦層，空穴傳輸層和電極/傳輸層界面的退化，因此，其在空氣中的穩定性問題是阻礙實用化的急需解決的瓶頸問題。研究者們提出了很多解決方法：包括鈍化添加劑，阻水性傳輸層，阻水性界面修飾層等。然而, 這些改善內部穩定性的方法現在還不能滿足鈣鈦礦電池在戶外環境中保持穩定性的需要。與之相比在器件外部進行的封裝方法，尤其是薄膜封裝可在更廣范圍內選擇阻水材料，有源層的厚度不受限制，與提升內部穩定性的方法兼容，并使器件最終實現柔性化和輕量化。但相比于OLED等有機光電器件，金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池對溫度和活性粒子更加敏感，現有的封裝方法大多會導致鈣鈦礦太陽能電池的損傷，因此迫切需要發展新型高效無損傷的薄膜封裝方法。

成果簡介

近日，在吉林大學段羽教授團隊與美國加州大學洛杉磯分校 Yang Yang教授團隊合作，在鈣鈦礦太陽能電池上通過分子層沉積低溫生長了富含甲基的有機無機雜化薄膜作為封裝過程保護層，首次利用遠程等離子增強原子層沉積技術直接在鈣鈦礦電池表面形成了致密氧化鋁薄膜作為水汽阻擋層。雜化薄膜內部的甲基在等離子增強原子層沉積過程中消耗穿透薄膜的氧氣等離子，從而保護鈣鈦礦太陽能電池不受氧氣等離子損傷。整個封裝過程在50℃下進行，封裝后器件效率僅損失0.09%。等離子增強原子層沉積的應用，使該復合封裝薄膜水汽透過率達到1.3 ×10^-5 g·m^-2·day^-1，對推動鈣鈦礦太陽能電池的穩定性研究和實用化起著重要作用。相關成果以題為“Hermetic Seal for Perovskite Solar Cells: An Improved Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition Encapsulation”發表在了Nano Energy雜志。這一結果為薄膜封裝在光伏器件領域應用奠定了基礎，為基于鈣鈦礦太陽能電池的實用化開辟了一條新路。

圖文導讀

圖1.由封裝過程溫度和活性前驅體引起的鈣鈦礦太陽能電池的損壞。

圖2.封裝方法及其原理解析

圖3.封裝薄膜性能表征

圖4.封裝后鈣鈦礦太陽能電池的穩定性測試

論文地址：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.104375

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