Nature重磅：26.92% 認證效率！臺式ALD助力SnOx無針孔、高保形性均勻覆蓋

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在能源材料研究領域，原子層沉積（ALD）技術憑借原子級薄膜控制能力，成為高性能器件研發的核心支撐。但傳統立式 ALD 設備存在占地大、難聯用等問題，長期制約著實驗室前沿研究效率。美國Arradiance公司的GEMStar系列臺式原子層沉積ALD系統，在小巧的機身（82 x 64 x 31 cm）中集成了原子層沉積所需的所有功能，節省空間的同時提供了工業級的薄膜沉積性能，非常適合實驗室環境下的前沿材料與器件研究。值得一提的是，GEMstar采用側開式反應腔門，方便與手套箱聯用，實現無氧前后處理環境，保障器件界面質量，有效保護了鈣鈦礦等敏感材料，更助力科研團隊在《Nature》發表重磅成果，實現 26.92% 認證效率與超 1000 小時熱穩定性的雙重突破！

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核心亮點：直擊科研難題

• 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。

核心應用：聚焦高能效器件前沿研究

• 鈣鈦礦太陽能電池：制備電子傳輸層、封裝層，提升界面相容性與器件穩定性；

• 可充電電池：制備固態電解質、界面改性、電極與固態電解質副反應的阻隔、潤濕性的改善、金屬負極的保護等；

• 敏感材料薄膜沉積：適配有機半導體、金屬氧化物等空氣敏感材料，避免制備過程中氧化或污染；

• 多層復雜器件研發：精準構建功能層結構，優化能級對齊，助力傳感、微電子等領域創新；

• 高穩定性器件量產驗證：標準化流程與批量沉積能力，為科研成果產業化搭橋。

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Nature正刊背書，高水平研究的 “硬核支撐”！

近日，發表于《Nature》的一項研究通過引入可交聯的自組裝單分子層（SAM）技術，成功制備出認證效率高達26.92%的鈣鈦礦太陽能電池，并展現出超卓的熱穩定性（85°C下連續工作1,000小時效率幾乎無衰減）。本研究中太陽能電池器件結構為FTO/SAM/鈣鈦礦/EDAI?/C??/ SnO? /Ag，作者使用Arradiance公司的GEMStar系列臺式原子層沉積ALD系統制備了其中的電子傳輸層（20 nm厚的SnO?薄膜）及封裝層（10 nm的Al2O3）。研究者設計了一種含疊氮基團的客分子JJ24，將其與主SAM分子CbzNaph共沉積后，通過熱退火觸發交聯反應，形成共價連接的“增韌”SAM層。該交聯結構顯著增強了SAM層的構象穩定性，抑制了因分子熱擺動導致的基底暴露，從而有效防止了鈣鈦礦與TCO基底接觸引發的分解。同時，交聯SAM具有更高的分子偶極矩，能更好地調控界面能級對齊，提升空穴提取效率。

參考文獻：Toughened self-assembled monolayers fordurable perovskite solar cells，Naturevolume 646, pages95–101 (2025)

在本項研究中，GEMstar ALD系統的標準化操作流程保證了不同批次器件制備的一致性，其制備的薄膜還具有下核心優勢：

• 無針孔、高保形性的均勻覆蓋：SnO?層均勻、致密且無孔洞，覆蓋下方的C??和鈣鈦礦層，有效防止上電極金屬（Ag）的擴散，并減少界面電荷復合。

• 精確的厚度控制：本研究中所用的20 nm SnO?層，其厚度可通過循環次數精確控制，這對于優化器件的電荷提取與傳輸平衡、減少光學損耗至關重要，保證了器件性能的高度可重復性。

• 保護空氣敏感界面：鈣鈦礦材料對空氣中的水分和氧氣極為敏感。將沉積有這些材料的半成品器件直接暴露在大氣中進行傳輸，會嚴重損害界面質量，導致器件性能急劇下降甚至失效。GEMstar ALD系統的側開式腔門方便與手套箱連用，可在鈣鈦礦及有機層的制備后，直接將樣品送入ALD腔室進行SnO?沉積。這種無縫連接最大限度地減少了界面污染，是獲得高性能和高穩定性器件的關鍵保障。

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