[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 |
| 地址: | 200241 *** | 國省代碼: | 上海;31 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關(guān)鍵詞: | 一種 用于 燃料 太陽能電池 透明 電極 | ||
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。
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