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四(二甲胺基)锡钙在钛矿光伏ALD镀膜中的应用

龙扬生化 |
2024-10-09 09:28:16

钙钛矿光伏在近年来获得了学术界和工业界的广泛关注,甚至资本市场已经开始向该领域倾注了巨量资金助推研发和量产工作。其优异的转化效率,低廉的成本以及多样的应用场景被普遍认为是HJT之后的下一代光伏主流技术路线。
 
NREL光伏效率图(Best Research-Cell Efficiency Chart | Photovoltaic Research | NREL)
  在钙钛矿光伏的多种生产工艺路线当中,ALD都起到了非常重要的作用。ALD镀膜工艺的核心优势在于可以在不平整的表面实现均匀镀膜,并且可以通过循环次数的调整精确控制厚度。但同时由于每次循环仅生长不到一层原子,因此整体的生长效率较低且综合成本相比CVD、PVD等工艺较高。因此ALD工艺适合生长厚度较低且质量要求较高的薄膜,通常不超过50nm。在钙钛矿光伏组件中,主要的钙钛矿层厚度在几百纳米到2微米之间,因此主要采用蒸镀或者涂布法而非ALD制备。而厚度符合ALD工艺优势的部分主要为电子传输层,空穴传输层和封装层。
 
简化的钙钛矿结构模型。其中ALD主要用在ETL(电子传输层)、HTL(空穴传输层)和封装层
  在目前的主流单层钙钛矿生产工艺当中主要有三种结构:正式,反式,和介孔结构。其中以正式和反式两种较为适合工业化生产。其中简化后的正式结构的生长顺序为:电子传输层≥钙钛矿层≥空穴传输层,反式顺序刚好相反。
  由于钙钛矿材料不耐受高温,因此对于其后生长的材料的工艺温度有较为严格的要求,通常在100-120-℃之间。因此这对于ALD的前驱体和工艺选择构成了一定的挑战。ALD工艺在这类器件中起到的作用主要是以较低的厚度(5-10nm)实现完整的覆盖,对比PVD、RPD等和涂覆等工艺需要30-100nm才能实现完整覆盖。由于厚度降低整体可以实现器件整体效率的提升。但从薄膜导电性和结晶性的角度而言,低温ALD薄膜的并不一定优于其他工艺。
目前电子传输层所采用的材料主要为SnO2,少数结构采用TiO2等其他材料。在反式结构当中,由于沉积温度的限制,SnO2的ALD前驱体目前只能采用四二甲氨基锡(TDMASn),其沉积温度可以低至80℃仍然表现出优异的电子传输性能和能级匹配。TDMASn前驱体的化学性质较为不稳定,容易在储存和使用过程中逐渐变质,甚至绝大部分产品在出厂时就已经开始变质,其表现为颜色呈现黄绿色,随着变质程度加深,粘度会逐步增加并伴随着数周内蒸汽压逐步下降,导致ALD沉积工艺不稳定,直到加热至100℃也无法出源而彻底变质为止。
四(二甲氨基)锡在钙钛矿中的应用主要是作为前驱体材料,通过原子层沉积技术(ALD)制备钙钛矿太阳能电池的保护层。‌ 这种材料可以应用于钙钛矿太阳能电池中,作为保形扩散屏障和窄带隙钙钛矿保护层,从而提高电池的性能和稳定性。
四(二甲氨基)锡(Tetrakis(dimethylamino)tin,简称TDMASn)是一种有机锡化合物,外观呈无色或浅黄色液体。它对水敏感,需避免与潮湿空气、水、火源和氧化剂等不相容物质接触。
在钙钛矿太阳能电池中,四(二甲氨基)锡通过ALD技术制备的薄膜可以作为保护层,提高电池的稳定性和效率。‌
我司为满足钙钛矿电子传输层的市场需求,已经实现了TDMASn的稳定量产,可以提供克级至公斤级的6N四二甲氨基锡。我司TDMASn为无色或浅黄色液体,具有稳定的蒸气压和电子级的纯度,受到业界的广泛好评。
以下为TDMASn的镀膜工艺
 
References:
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