新气相沉积技术出现！或可加速钙钛矿太阳能电池的商业化

NREL、BlueDot Photonics、华盛顿大学、科罗拉多矿业学院和罗切斯特理工学院的研究人员开发了一种基于连续闪现升华（CFS）的气相沉积技术，可以在5分钟内连续制造出全无机钙钛矿薄膜。采用该方法还可以提高钙钛矿太阳能电池的功率转换效率。

▲ 连续闪蒸升华(CFS)方法的示意图，包括源粉末的机械化学合成(这里是CsPb(I_xBr_1−x)₃)，在自制蒸发系统中的高通量沉积过程，以及提高薄膜质量的短后退火处理。图片来自 Materials Chemistry A

探究人员将这项新技术称为一种非批次处理工艺，它解决了钙钛矿材料制造中使用现有蒸汽处理的两个问题——沉积速度慢和批次处理的非连续性。

研究人员解释说，他们的新方法不仅允许在不到五分钟的时间内连续沉积完全吸收的钙钛矿材料，而且用这些材料制备的太阳能电池也优于以前实现的蒸汽处理无机钙钛矿太阳能电池的效率。

研究人员表示，他们正在研究蒸汽处理，因为它具有高产量、高质量和高重复性处理的潜力，并且有可能消除有害溶剂的使用。此外，它被视为简化了扩展到更大的设备区域。此外，它在粗糙表面上的性能使其对基于钙钛矿的串联应用具有吸引力。

科学家们在一个原型系统中制造了各种“高质量”的铯铅卤化(CsPb(I_xBr_1−x)₃)薄膜，以测试 CFS 方法的多功能性，并指出该工艺能够“在整个溴/碘空间中生产薄膜成分，保持源材料的成分”。

科学家们解释说，他们的新方法不仅允许在不到五分钟的时间内连续沉积完全吸收的钙钛矿材料，而且用这些材料制备的太阳能电池也优于以前实现的蒸汽处理无机钙钛矿太阳能电池的效率。

在他们最近的工作中，研究人员描述了原始材料——一种机械化学合成的粉末，以及如何通过将单个前体材料，铯和铅盐混合到化学粉末中来制备它。他们说，在高温下进行闪蒸是为了克服不同前驱体材料沉积特性的差异。

粉末被填充到一个与振动给料器相连的储液器中，而振动给料器又与交流信号相连。在沿着振动给料器移动后，粉末落入预热的钽蒸发船，其温度“明显高于”单个无机盐的最高升华温度，通常在700℃的范围内。在蒸发舟内，粉末成分瞬间升华，离开蒸发源，最终凝结在蒸发船上方的基板上。

在 CFS 步骤之后，在330℃至380℃之间进行0.5min至1min的退火步骤，这个步骤能够提高薄膜质量并确保正确的光活性钙钛矿相的稳定。

根据研究小组结论，这项工作是钙钛矿材料快速连续加工的关键一步，非常适合于薄膜的快速沉积，其各个成分在升华特性上存在显著差异。

在未来，CFS方法还可以用于其他难以沉积的材料类别，以及研究将该方法用于其他类型的钙钛矿材料，例如含有有机和无机前驱体材料的杂化材料。