[發明專利]一種優化電荷收集能力的電極、電池及制備方法

在審

• 申請號: 202011489798.2
• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112490368A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 王百月;趙志國;秦校軍;趙東明;肖平;董超;熊繼光;劉家梁;劉娜;馮笑丹;梁思超;王森
• 申請（專利權）人: 華能新能源股份有限公司;中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司
• 主分類號: H01L51/44
• 分類號: H01L51/44;H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 張海平

本發明公開了一種優化電荷收集能力的電極、電池及制備方法，本發明在ITO玻璃基底上電池活性面積外圍蒸鍍一層U形超薄金薄膜，作為電子傳輸的高速通道，實現電子的快速傳輸，以緩解采取高溫處理工藝制備鈣鈦礦太陽能電池中產生的ITO電極電荷傳輸能力下降和提高柔性PET/ITO基底電荷傳輸能力。

技術領域

本發明屬于光電轉化器件領域，涉及薄膜太陽能電池(鈣鈦礦太陽能電池，染料敏化太陽能電池等)的電極設計，具體涉及一種優化電荷收集能力的電極、電池及制備方法。

背景技術

透明導電薄膜是薄膜太陽能電池以及發光二極管等光電器件必不可少的結構單元，其中FTO以及ITO是兩種最為常用的窗口透明導電功能層。在鈣鈦礦太陽能電池中，高效率的器件通常是采用FTO作為TCO，這是因為FTO可以承受更高的溫度壓力，可以與電子傳輸層(主要是TiO₂電子傳輸層)高溫退火(通常為450-500℃)相匹配。ITO是另一種更為常用的TCO薄膜透明電極，在相同電導率的條件下，相比于FTO，其具有更加光滑的表面形貌以及更高的光學透過率，因此采用ITO作為窗口電極具有一定的優勢。但是，當沉積在剛性襯底上的ITO在使用過程中承受較高溫度(TiO₂退火在500℃；燃燒法制備NiOx退火在400℃)時，其膜層電阻急劇上升。此外，通常ITO制備的過程中需要保持基底溫度在300-400℃，或者需要后退火處理的過程，這樣能夠獲得較好的結晶度、晶體取向和組分。柔性基底的耐溫性較差，通常獲得的ITO薄膜為非晶薄膜，在組分和結晶度上的差異造成光學透過和電學傳導性質上的損失。

發明內容

本發明的目的在于提供一種優化電荷收集能力的電極、電池及制備方法，以克服現有技術的問題，本發明采用ITO透明導電薄膜作為太陽能光電器件的窗口層，在ITO電池活性面積區域外圍蒸鍍一層超薄的U形金薄膜，構造電荷傳輸的高速通道，實現電荷快速傳輸。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種優化電荷收集能力的電極，包括透明電極基底以及設置在透明電極基底上的U形超薄金薄膜，所述透明電極基底采用ITO玻璃基底，所述U形超薄金薄膜的厚度為7nm。

一種優化電荷收集能力的電極的制備方法，包括以下步驟：

步驟1、取ITO玻璃基底，依次分別使用去離子水、丙酮、異丙醇超聲處理，氮氣流吹干，然后使用紫外光清潔，即得透明電極基底；

步驟2、在透明電極基底上覆蓋U形掩模板，采用熱蒸發的方式蒸鍍U形超薄金薄膜，即得到優化電荷收集能力的電極。

一種鈣鈦礦太陽能電池，包括從下至上依次設置的電極、第一電荷傳輸層、光活性層、第二電荷傳輸層以及金屬背電極；所述電極包括透明電極基底以及設置在透明電極基底上的U形超薄金薄膜，所述透明電極基底采用ITO玻璃基底，所述U形超薄金薄膜的厚度為7nm。

一種鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，包括以下步驟：

步驟1、取ITO玻璃基底，依次分別使用去離子水、丙酮、異丙醇超聲處理，氮氣流吹干，然后使用紫外光清潔，即得透明電極基底；

步驟2、在透明電極基底上覆蓋U形掩模板，采用熱蒸發的方式蒸鍍U形超薄金薄膜，即得到優化電荷收集能力的電極；

步驟3、在優化電荷收集能力的電極上制備第一電荷傳輸層；

步驟4、在第一電荷傳輸層上制備光活性層；

步驟5、在光活性層上制備第二電荷傳輸層；

步驟6、在第二電荷傳輸層上制備金屬背電極。

進一步地，所述第一電荷傳輸層采用致密TiO₂/介孔TiO₂層，或NiO_X層。