吉大段羽Nano Energy：提高钙钛矿电池在空气中稳定性的薄膜封装技术

引言

目前基于钙钛矿的太阳能电池效率已经接近实用化，但是外界的湿气会导致钙钛矿层，空穴传输层和电极/传输层界面的退化，因此，其在空气中的稳定性问题是阻碍实用化的急需解决的瓶颈问题。研究者们提出了很多解决方法：包括钝化添加剂，阻水性传输层，阻水性界面修饰层等。然而, 这些改善内部稳定性的方法现在还不能满足钙钛矿电池在户外环境中保持稳定性的需要。与之相比在器件外部进行的封装方法，尤其是薄膜封装可在更广范围内选择阻水材料，有源层的厚度不受限制，与提升内部稳定性的方法兼容，并使器件最终实现柔性化和轻量化。但相比于OLED等有机光电器件，金属卤化物钙钛矿太阳能电池对温度和活性粒子更加敏感，现有的封装方法大多会导致钙钛矿太阳能电池的损伤，因此迫切需要发展新型高效无损伤的薄膜封装方法。

成果简介

近日，在吉林大学段羽教授团队与美国加州大学洛杉矶分校 Yang Yang教授团队合作，在钙钛矿太阳能电池上通过分子层沉积低温生长了富含甲基的有机无机杂化薄膜作为封装过程保护层，首次利用远程等离子增强原子层沉积技术直接在钙钛矿电池表面形成了致密氧化铝薄膜作为水汽阻挡层。杂化薄膜内部的甲基在等离子增强原子层沉积过程中消耗穿透薄膜的氧气等离子，从而保护钙钛矿太阳能电池不受氧气等离子损伤。整个封装过程在50℃下进行，封装后器件效率仅损失0.09%。等离子增强原子层沉积的应用，使该复合封装薄膜水汽透过率达到1.3 ×10^-5 g·m^-2·day^-1，对推动钙钛矿太阳能电池的稳定性研究和实用化起着重要作用。相关成果以题为“Hermetic Seal for Perovskite Solar Cells: An Improved Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition Encapsulation”发表在了Nano Energy杂志。这一结果为薄膜封装在光伏器件领域应用奠定了基础，为基于钙钛矿太阳能电池的实用化开辟了一条新路。

图文导读

图1.由封装过程温度和活性前驱体引起的钙钛矿太阳能电池的损坏。

图2.封装方法及其原理解析

图3.封装薄膜性能表征

图4.封装后钙钛矿太阳能电池的稳定性测试

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

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