[發明專利]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

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。