[發(fā)明專利]一種用于燃料敏化太陽能電池的透明電極

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110272602.9
• 申請日: 2011-09-15
• 公開（公告）號: CN103000382A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尹桂林;姜來新;宋佳;李文英;何丹農(nóng)
• 申請（專利權(quán)）人: 上海納米技術(shù)及應(yīng)用國家工程研究中心有限公司
• 主分類號: H01G9/04
• 分類號: H01G9/04;H01G9/20;H01M14/00;H01L51/44
• 代理公司: 上海東方易知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 31121
• 代理人: 唐莉莎

所屬領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽能電池用透明電極及其制造方法，更具體設(shè)計(jì)改進(jìn)的染料敏化太陽能電池用透明電極及其制造方法。

背景技術(shù)

導(dǎo)電透明電極廣泛應(yīng)用于各種技術(shù)領(lǐng)域，特別是包括太陽能電池、平板顯示、有機(jī)發(fā)光二極管(OLEDs)等技術(shù)領(lǐng)域。目前用于染料敏化太陽能電池的導(dǎo)電透明電極主要有ITO、FTO、AZO等，特別是FTO。

染料敏化太陽能電池制備工藝簡單，加工成本低，具有很好透光性，可以在各種光照條件下使用，并可在柔性基板上制作，以上特點(diǎn)使得其具有很好的應(yīng)用前景。染料敏化太陽能電池，是由染料吸收太陽光，產(chǎn)生光電子，通過TiO₂的納米薄膜的傳輸被導(dǎo)電透明電極收集。由于電解質(zhì)的滲透作用，使其與ITO或FTO透明電極接觸，導(dǎo)致透明電極的電子被電解質(zhì)中的I₃^-俘獲，發(fā)生電荷的復(fù)合，降低了光電轉(zhuǎn)換效率。國內(nèi)外研究者為了減小透明電極與電解質(zhì)之間的電荷復(fù)合，進(jìn)行了大量的研究。研究表明，由于ZnO具有比Ti0₂更負(fù)的導(dǎo)帶能級，因此在透明電極基底上增加一層ZnO的薄膜能夠避免透明電極與電解質(zhì)的接觸，有效降低在電極界面處發(fā)生的電荷復(fù)合，提升電池的性能。專利“染料敏化太陽能電池ZnO復(fù)合電極及其制備方法”(申請?zhí)枺?01010128283.X)，在常用透明電極基底上利用旋涂法制備一層20～400nm的ZnO薄膜，有效降低在電極界面處發(fā)生的電荷復(fù)合。但是，這種方法，制備的薄膜均勻性難以控制，重復(fù)性較差，薄膜致密性一般，并且ZnO薄膜厚度太大將嚴(yán)重影響電極的導(dǎo)電性和透光率，因此難以滿足透明電極的性能要求和大規(guī)模高精度制造的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對上述情況，提出一種對導(dǎo)電透明電極進(jìn)行改進(jìn)的新方法，具體是利用原子層沉積技術(shù)(ALD)在導(dǎo)電透明電極表面沉積一層致密納米ZnO薄膜，形成復(fù)合電極。ALD方法的薄膜生長通過一原子層接一原子層的方式形成，因而在薄膜的均勻性、致密性以及厚度控制等方面都具有明顯的優(yōu)勢，反應(yīng)溫度也相對較低，適合于大規(guī)模高精度制造。同時(shí)，由于ALD形成的薄膜，結(jié)構(gòu)非常致密，因此所需厚度可以大大降低，可有效降低ZnO薄膜厚度給透明電極的導(dǎo)電性和透光率帶來的影響。

根據(jù)上述構(gòu)思，本發(fā)明提供一種用于燃料敏化太陽能電池的透明電極，其特征在于在常用導(dǎo)電透明電極表面沉積氧化鋅納米薄膜。

其特征在于所述氧化鋅米薄膜的沉積方法為原子層沉積方法；

所述的氧化鋅納米薄膜厚度為5～50nm；

本發(fā)明一種用于燃料敏化太陽能電池的透明電極的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

A.將導(dǎo)電透明電極基板進(jìn)行預(yù)處理并放入原子層沉積反應(yīng)室，將反應(yīng)室真空抽至5hPa～15hPa，將反應(yīng)室溫度加熱至100℃～300℃；

B.向沉積室中引入二乙基鋅，持續(xù)時(shí)間為1秒，將氮?dú)饣蚨栊詺怏w通入反應(yīng)室，以清除未被基底化學(xué)吸附的殘余氣體，持續(xù)時(shí)間為3秒；

C.向沉積室中引入水蒸汽，持續(xù)時(shí)間為1秒，沉積得到單層氧化鋅，沉積結(jié)束后再用高純氮?dú)馇逑闯练e室，持續(xù)時(shí)間為3秒；

D.根據(jù)厚度要求，循環(huán)步驟B、C，反復(fù)沉積以獲得一種用于燃料敏化太陽能電池的透明電極。

本發(fā)明制備工藝簡單，沉積的ZnO納米薄膜，結(jié)構(gòu)致密，沉積厚度均一且可以精確控制，沉積后的電極無需進(jìn)行熱處理，可用于染料敏化太陽能電池，在上述制得的復(fù)合導(dǎo)電透明電極上制備納米TiO₂薄膜，可得染料敏化太陽能電池FTO(ITO或AZO)/ZnO/TiO₂復(fù)合電極。

具體實(shí)施方式

下面將參照上述步驟，通過優(yōu)選實(shí)施例更加充分描述本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)，但本發(fā)明不僅限于實(shí)施例。

實(shí)施例1：在ITO玻璃基板上沉積ZnO納米薄膜：

A.將ITO導(dǎo)電透明電極基板進(jìn)行預(yù)處理并放入原子層沉積反應(yīng)室，將反應(yīng)室真空抽至5hPa～15hPa，將反應(yīng)室溫度加熱至100℃～300℃，優(yōu)選150℃～250℃；

B.向沉積室中引入二乙基鋅Zn(CH₂CH₃)₂后，持續(xù)時(shí)間為1秒；將氮?dú)饣蚨栊詺怏w通入反應(yīng)室，以清除未被基底化學(xué)吸附的殘余氣體，持續(xù)時(shí)間為3秒；向沉積室中引入水蒸汽，持續(xù)時(shí)間為1秒，沉積得到單層ZnO；沉積結(jié)束后再用高純氮?dú)馇逑闯练e室，持續(xù)時(shí)間為3秒；

C.重復(fù)上述步驟25次，得到厚度約5nm的ZnO薄膜。