“碳達(dá)峰”和“碳中和”一直都是能源領(lǐng)域的熱點(diǎn)話題，作為助力“雙碳”戰(zhàn)略的生力軍，光伏產(chǎn)業(yè)具有舉足輕重的地位。目前光伏的主力是硅太陽能電池，它們具有效率高、穩(wěn)定性好、產(chǎn)業(yè)鏈完備、使用壽命長的優(yōu)勢。然而，晶硅電池的轉(zhuǎn)換效率到達(dá)瓶頸，且從硅料到組件至少經(jīng)過4 道工序，單位制程需要3 天以上，同時還需要大量人力、運(yùn)輸成本等。為了讓太陽能的利用更加便捷、高效且廉價，科學(xué)界和工業(yè)界正在研制新型太陽能電池；鈣鈦礦太陽能電池就是備受關(guān)注的后起之秀，鈣鈦礦疊層效率極限可達(dá)50%，而鈣鈦礦組件在單一工廠完成生產(chǎn)，原材料經(jīng)過加工后直接成組件，沒有傳統(tǒng)的“電池片”工序，大大縮短制程耗時。但是，如何制備大面積且能保持較高效率的鈣鈦礦太陽能電池，依然是難題，也成了制約其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的瓶頸。

       原速ALD在鈣鈦礦電子傳輸層、空穴傳輸層、鈍化層、封裝阻水層等領(lǐng)域已取得了突破性進(jìn)展，獲得了業(yè)界的認(rèn)可。為了更高效地服務(wù)于世界光伏產(chǎn)業(yè)高地，原速也在上海建立了技術(shù)研發(fā)中心。截止目前，公司已形成服務(wù)于鈣鈦礦電池研發(fā)、中試、100MW、 GW級量產(chǎn)的產(chǎn)線ALD技術(shù)解決方案。

1、ALD-SnO2 應(yīng)用于鈣鈦礦電池電子傳輸層 

? ALD 相比于傳統(tǒng)沉積技術(shù)，在制備超薄膜時具有更優(yōu)異的均勻性和保形性，以及缺陷更少的優(yōu)點(diǎn)

2、ALD-NiO 應(yīng)用于鈣鈦礦電池空穴傳輸層 

? ALD 可用于制備性能優(yōu)異的超薄（<10 nm）NiO 空穴傳輸層

3、ALD 應(yīng)用于鈣鈦礦電池鈍化層 

? ALD 超薄膜可以應(yīng)用于界面處，通過和懸掛鍵反應(yīng)的方式減少表面缺陷，或排斥載流子，達(dá)到鈍化的效果

4、ALD 應(yīng)用于鈣鈦礦電池封裝 

? 致密的 ALD 膜可達(dá)到有效的阻水氧的效果

       鋰離子電池在充放電過程中，鋰離子在正負(fù)極之間穿梭。在充電過程中，鋰離子從正極脫出經(jīng)過電解液和隔膜到達(dá)負(fù)極發(fā)生反應(yīng)。在放電過程中鋰離子從負(fù)極返回正極嵌入正極材料。在循環(huán)過程中，正極材料面臨許多的問題如自身體積的變化，晶體結(jié)構(gòu)的改變，界面結(jié)構(gòu)的退化等導(dǎo)致的容量衰減。同樣的，負(fù)極材料也面臨著體積膨脹，枝晶的生長導(dǎo)致的負(fù)極材料的粉碎溶解、從集流體表面剝離脫離、電接觸變差，短路等一系列問題，這些問題導(dǎo)致材料的容量和循環(huán)性能嚴(yán)重下降，甚至電池的起火爆炸。

       原子層沉積（ALD）薄膜沉積可以合成具有原子級精度的材料，基于自限的膜納米級的控制，可以實(shí)現(xiàn)多組分膜的化學(xué)成分控制、大面積的薄膜/工藝的可重復(fù)性，具備低溫處理以及原位實(shí)時監(jiān)控等技術(shù)特征。該技術(shù)在鋰離子電池，太陽能電池，燃料電池以及超級電容器中都具有廣泛的應(yīng)用。

      ALD已經(jīng)被公認(rèn)是一種非常有前途的工具可以用來解決鋰離子電池以及其他電能儲存設(shè)備所面臨的問題。ALD在鋰離子電池中的應(yīng)用主要分為兩個方面：(1)高性能電池電極，隔膜，集流體材料等的制備；(2)表面修飾。其應(yīng)用主要總結(jié)在下圖：

1、ALD在電極材料及電解質(zhì)制備中的應(yīng)用

a、ALD 用于負(fù)極材料的制備

采用ALD技術(shù)制備的負(fù)極材料主要集中在過渡金屬氧化物(TMOs), 如RuO₂, SnO₂, TiO₂和ZnO. 其能量密度比傳統(tǒng)的石墨電極高。同時，為了解決TMOs負(fù)極材料所面臨的挑戰(zhàn)，如SnO₂在循環(huán)過程中較大的體積變化，TiO₂低的電子跟離子電導(dǎo)率，由超高電導(dǎo)率的碳基材料如石墨烯，碳納米管以及Mxenes與TOMs組成的復(fù)合負(fù)極材料可以很好的融合兩者的優(yōu)勢。

如：ALD制備的TiO₂/CNF-CFP(carbon fiber paper)負(fù)極，具有高可逆容量（272 mAh g^?1 at 0.1 A g^?1），超高倍率性能(133 mAh g^?1 at 40 A g^?1) 以及超長循環(huán)穩(wěn)定性（≈ 93%容量保持率在10000 圈 at 20 A g^?1）。

b、用于正極材料的制備

通過ALD技術(shù)制備的正極材料有非鋰化正極如V₂O₅, FePO₄; 鋰化正極如LiFePO₄, LiCoO₂以LixMn₂O₄。

如TiO₂/V₂O₅/@CNT paper正極在100 mA g^-1的電流密度下的放電比容量為400 mAh g^-1，達(dá)到了理論放電比容量。 同時，正極材料V2O5的溶解問題可以通過TiO₂層得到，同時不損失容量跟倍率性能。

c、SSEs固態(tài)電解質(zhì)的制備

歸功于其安全性及循環(huán)穩(wěn)定性，全固態(tài)鋰離子電池近來成為了研究的熱點(diǎn)。ALD可以解決全固態(tài)鋰離子電池所面臨的兩大關(guān)鍵性挑戰(zhàn)：a.高界面阻抗，b.低離子電導(dǎo)率。 最近采用ALD制備的固態(tài)電解質(zhì)有LiPON, Li7La₃Zr₂O₁₂, LixAlySizO, LixTayOz, LixAlyS and Li₂O-SiO₂.這些含鋰SSEs提供了一個關(guān)鍵的技術(shù)平臺來制備高能量密度，長壽命以及安全的可充放電池。如下圖所示，ALD制備的LLZO為制備3D全固態(tài)鋰離子微電池提供了一條技術(shù)路線。

2、ALD在電池電極，隔膜，集流體等表面修飾領(lǐng)域的應(yīng)用

a、ALD對負(fù)極表面修飾的應(yīng)用

在負(fù)極材料中，ALD表面/界面修飾技術(shù)主要為了解決從SEI膜引發(fā)的系列問題。在循環(huán)過程中，SEI膜的大量形成以及體積變化會引起電極的破壞，從而引發(fā)新的暴露面導(dǎo)致容量的衰減。如在石墨負(fù)極表面沉積Al2O3可以在電池循環(huán)了200圈之后有效地保持98%的首圈容量。

鋰金屬作為負(fù)極材料的未來之星，在鋰金屬的沉積跟剝離過程中，鋰枝晶的生長導(dǎo)致電池短路的問題亟待解決。采用ALD技術(shù)在鋰金屬表面構(gòu)建例如有機(jī)/無機(jī)復(fù)合人工SEI膜，可以有效地抑制鋰枝晶的生長。

b、ALD對正極表面的修飾作用

為了解決正極材料表面所面臨的電解液分解，相變，析氧以及過渡金屬溶解等問題,采用ALD技術(shù)在正極材料表面沉積保護(hù)層可以作為物理阻擋層或者HF清除層，從而有效地提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性跟倍率性能。在正極材料（層狀結(jié)構(gòu)：LiCoO₂, LiNixMnyCozO₂,富鋰(Li-rich)xLi₂MnO₃·(1 ? x)LiMO₂(M = Mn, Ni, Co)，尖晶石結(jié)構(gòu)LiMn₂O₄)表面沉積的ALD鍍層主要可以分為四類：a金屬氧化物：Al₂O₃, TiO₂, ZrO₂, MgO, CeO₂, Ga₂O₃; b氟化物：AlF₃, AlWxFy; c磷化物：AlPO₄,FePO₄; d含鋰化合物：LiAlO₂, LiTaO₃, LiAlF₄。