确保钙钛矿太阳能电池（PSCs）的稳定性是释放其作为高效太阳能技术潜力的关键。本研究解决了钙钛矿太阳能电池领域中的一个重大挑战：离子迁移，它会降低钙钛矿太阳能电池的性能和稳定性。通过使用5-氨基戊酸碘化物（5-AVAI）功能化钙钛矿表面，本研究提出了一种方法，通过原子层沉积（ALD）在100°C下沉积高质量的铝氧化物（Al₂O₃）层。所得的致密且均匀的铝氧化物层有效地阻止了离子迁移，显著提升了钙钛矿太阳能电池的稳定性和功率转换效率。
本研究的意义与钙钛矿太阳能电池未来的商业化密切相关。原子层沉积技术已经广泛应用于工业中，因其能够在大面积上形成均匀的金属氧化物层，这使得所提出的方法非常适合快速推广。此外，能够直接将金属氧化物沉积到钙钛矿表面而不造成损害，可能为使用无机电子传输层的倒置钙钛矿太阳能电池开辟了新的道路，为开发更长寿命的钙钛矿太阳能电池铺平了道路。这项研究标志着钙钛矿太阳能技术实际应用的重要一步。
混合卤化物宽带隙钙钛矿是高效串联电池的关键组件，但其工作稳定性受到卤化物迁移的限制。通过原子层沉积（ALD）沉积的金属氧化物已被证明能够阻止卤化物迁移；然而，之前采用的方法导致了不均匀的成核和生长。
美国西北大学Edward H. Sargent 和Bin Chen等人假设，通过在钙钛矿表面功能化ALD活性羧基团，可以促进成核并实现更高温度下的金属氧化物生长。发现，5-氨基戊酸碘化物（5-AVAI）有助于形成致密且均匀的铝氧化物（Al₂O₃）层，并允许在100°C下生长，而之前的生长温度上限为75°C。
最终证明，与参考样品相比，卤化物向C60电子传输层的迁移减少了10倍。铝氧化物封顶的钙钛矿太阳能电池（带隙为1.78 eV）在55°C、1倍太阳光照下连续运行1,000小时后，保持了90%的初始功率转换效率。
Deokjae Choi, Donghoon Shin, Chongwen Li, Yuan Liu, Abdulaziz S.R. Bati, Dana E. Kachman, Yi Yang, Jiachen Li, Yoon Jung Lee, Muzhi Li, Saivineeth Penukula, Da Bin Kim, Heejong Shin, Chiung-Han Chen, So Min Park, Cheng Liu, Aidan Maxwell, Haoyue Wan, Nicholas Rolston, Edward H. Sargent, Bin Chen, Carboxyl-functionalized perovskite enables ALD growth of a compact and uniform ion migration barrier, Joule, 2025, 101801, ISSN 2542-4351.
https://doi.org/10.1016/j.joule.2024.12.002.
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