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[發明專利]一種用于燃料敏化太陽能電池的透明電極無效

專利信息
申請號: 201110272602.9 申請日: 2011-09-15
公開(公告)號: CN103000382A 公開(公告)日: 2013-03-27
發明(設計)人: 尹桂林;姜來新;宋佳;李文英;何丹農 申請(專利權)人: 上海納米技術及應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: 上海東方易知識產權事務所 31121 代理人: 唐莉莎
地址: 200241 *** 國省代碼: 上海;31
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摘要:
搜索關鍵詞: 一種 用于 燃料 太陽能電池 透明 電極
【說明書】:

所屬領域

本發明屬于太陽能電池用透明電極及其制造方法,更具體設計改進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

導電透明電極廣泛應用于各種技術領域,特別是包括太陽能電池、平板顯示、有機發光二極管(OLEDs)等技術領域。目前用于染料敏化太陽能電池的導電透明電極主要有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,以上特點使得其具有很好的應用前景。染料敏化太陽能電池,是由染料吸收太陽光,產生光電子,通過TiO2的納米薄膜的傳輸被導電透明電極收集。由于電解質的滲透作用,使其與ITO或FTO透明電極接觸,導致透明電極的電子被電解質中的I3-俘獲,發生電荷的復合,降低了光電轉換效率。國內外研究者為了減小透明電極與電解質之間的電荷復合,進行了大量的研究。研究表明,由于ZnO具有比Ti02更負的導帶能級,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的接觸,有效降低在電極界面處發生的電荷復合,提升電池的性能。專利“染料敏化太陽能電池ZnO復合電極及其制備方法”(申請號:201010128283.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生的電荷復合。但是,這種方法,制備的薄膜均勻性難以控制,重復性較差,薄膜致密性一般,并且ZnO薄膜厚度太大將嚴重影響電極的導電性和透光率,因此難以滿足透明電極的性能要求和大規模高精度制造的需求。

發明內容

本發明針對上述情況,提出一種對導電透明電極進行改進的新方法,具體是利用原子層沉積技術(ALD)在導電透明電極表面沉積一層致密納米ZnO薄膜,形成復合電極。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勢,反應溫度也相對較低,適合于大規模高精度制造。同時,由于ALD形成的薄膜,結構非常致密,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電性和透光率帶來的影響。

根據上述構思,本發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.將導電透明電極基板進行預處理并放入原子層沉積反應室,將反應室真空抽至5hPa~15hPa,將反應室溫度加熱至100℃~300℃;

B.向沉積室中引入二乙基鋅,持續時間為1秒,將氮氣或惰性氣體通入反應室,以清除未被基底化學吸附的殘余氣體,持續時間為3秒;

C.向沉積室中引入水蒸汽,持續時間為1秒,沉積得到單層氧化鋅,沉積結束后再用高純氮氣清洗沉積室,持續時間為3秒;

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

本發明制備工藝簡單,沉積的ZnO納米薄膜,結構致密,沉積厚度均一且可以精確控制,沉積后的電極無需進行熱處理,可用于染料敏化太陽能電池,在上述制得的復合導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復合電極。

具體實施方式

下面將參照上述步驟,通過優選實施例更加充分描述本發明的實質性特點,但本發明不僅限于實施例。

實施例1:在ITO玻璃基板上沉積ZnO納米薄膜:

A.將ITO導電透明電極基板進行預處理并放入原子層沉積反應室,將反應室真空抽至5hPa~15hPa,將反應室溫度加熱至100℃~300℃,優選150℃~250℃;

B.向沉積室中引入二乙基鋅Zn(CH2CH3)2后,持續時間為1秒;將氮氣或惰性氣體通入反應室,以清除未被基底化學吸附的殘余氣體,持續時間為3秒;向沉積室中引入水蒸汽,持續時間為1秒,沉積得到單層ZnO;沉積結束后再用高純氮氣清洗沉積室,持續時間為3秒;

C.重復上述步驟25次,得到厚度約5nm的ZnO薄膜。

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