在鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池的制備中，頂部鈣鈦礦層能否在微米級織構化硅底電池表面實現高保形、無針孔的均勻覆蓋，直接決定了界面復合抑制效果與光電流匹配效率。近期，期刊 《Nature Energy》刊發以《Close-space sublimation as a versatile deposition process for efficient perovskite silicon tandem solar cells》為題的重要研究成果：研究團隊采用近空間升華（CSS）技術，搭配Arradiance 臺式三維原子層沉積系統-ALD，成功將蒸鍍 PbI? 無機支架轉化為高質量寬帶隙鈣鈦礦吸收層，在微米織構硅底電池上均實現了高達 24.3% 的功率轉換效率。

在上述研究中，團隊采用的 Arradiance 臺式三維原子層沉積系統-ALD ，用于60℃低溫沉積 SnO? 緩沖層，兼顧電子傳輸與界面保護。 GEMstar XT 具備原子級精準控制能力，其薄膜厚度可通過循環次數精確調控，能夠制備出無針孔、高保形性的均勻薄膜。尤為關鍵的是，ALD-SnO? 有效解決了后續透明電極（IZO）濺射過程中的物理轟擊損傷問題，使得半透明器件的批次一致性與良率得到大幅提升，為高效疊層電池的規模化制備掃清了關鍵障礙。 此外，該設備的一大亮點在于其側開式反應腔門設計，使其能夠與氮氣手套箱實現無縫對接；這一設計讓完成鈣鈦礦層制備的半成品樣品可以直接送入 ALD 腔室，全程避免了空氣暴露導致的界面污染，極大地保障了鈣鈦礦等空氣敏感材料的界面質量。

圖1. 臺式三維原子層沉積系統-ALD

核心亮點：

• 超小體積，實驗室輕松部署：機身僅 82×64×31cm，無需專用機房，直接放置實驗桌即可運行；

• 手套箱無縫聯用，隔絕污染：側開式反應腔門設計，可與手套箱無縫對接，實現無氧無水環境下的連續制備，從根源避免鈣鈦礦等敏感材料的界面污染；

• 原子級精準控制：薄膜厚度通過循環次數精確調控，均勻性高達 99%，無針孔、高保形性，可覆蓋復雜器件結構；

• 多規格兼容，適配多元需求：支持 4、6、8 英寸多片樣品同時沉積，無論是基礎研究還是批量驗證，都能高效滿足；

• 標準化流程，數據穩定可復現：統一操作規范保障不同批次器件制備的一致性，為實驗結果可靠性筑牢基礎。

圖2展示了 CSS 工藝制備的寬帶隙鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池的器件結構與光伏性能。該圖對比了在平面、納米織構及微米織構三種不同形貌硅底電池上的最佳 J-V（電流密度-電壓）特性曲線及相關參數。數據顯示，微米織構底電池憑借更優的光捕獲能力獲得了最高的電流密度，最終實現了 24.3% 的效率。這一結果強有力地證明了 CSS 工藝在不同粗糙度表面上制備鈣鈦礦頂電池時，具有很強的適應性與工藝寬容度，且無需調整沉積參數即可保證器件的高效輸出。

圖2. 將近空間沉積的寬帶隙鈣鈦礦集成到采用不同紋理硅底電池的單片鈣鈦礦/硅串聯太陽能電池中的性能

圖3通過多角度表征深入揭示了 CSS 工藝的微觀優勢。 截面 SEM 圖像顯示，無論是在平面還是微米織構底電池上，CSS 工藝均展現出了超卓的保形覆蓋能力，鈣鈦礦層像“皮膚"一樣貼合基底輪廓。 此外，空間分辨 k 因子成像（PL Mapping）表明，1 cm2 活性區域內的 k 因子分布高度集中，無明顯暗點。這些數據共同印證了 CSS 工藝在復雜紋理上制備的鈣鈦礦薄膜具有高度均勻的光電質量與低缺陷密度，而這一切都離不開 GEMstar XT 所制備的高質量 ALD-SnO? 緩沖層的保駕護航。

圖3. 對沉積在具有不同表面形貌的硅底電池上的鈣鈦礦薄膜進行形貌和結構分析

參考文獻：

[1]. Close-space sublimation as a versatile deposition process for efficient perovskite silicon tandem solar cells, Nature Energy, 2026