[發明專利]一種透明導電電極及其低溫制備方法和應用

在審

• 申請號: 202110668834.X
• 申請日: 2021-06-16
• 公開（公告）號: CN113421822A
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 肖平;李夢潔;許世森;黃斌;趙東明;劉入維;馮笑丹;趙志國;秦校軍;李新連;張赟;劉家梁;王百月;王森;張杰
• 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: H01L21/283
• 分類號: H01L21/283;H01L31/0224;H01L51/44;C23C14/35;C23C14/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李紅霖

本發明公開了一種透明導電電極及其低溫制備方法和應用，屬于導電薄膜技術領域。從下至上依次包括，IZO層、金屬層、WOx和ITO層，ITO層摻雜有氫在保證低電阻的同時能夠提高光學透過率，并通過合理的光學設計，在電池的吸光層中形成光學諧振，從而進一步增強基于其制備的電子器件的光電轉換效率。本發明的透明導電電極，是一種低阻值、高透過率的導電膜系，且可以實現低溫制備，滿足鈣鈦礦與晶硅、銅銦鎵硒疊層的無損傷、低阻、高透的需求。該性透明導電電極在可見光范圍內的平均透過率在85％以上，阻值為15ohm。

技術領域

本發明屬于導電薄膜技術領域，涉及一種透明導電電極及其低溫制備方法和應用。

背景技術

透明電極是一種同時具備高導電性和高可見光透過率的元件。它是構成太陽能電池、光電探測器、發光二極管、平板顯示器、觸控屏和智能窗等光電子器件的重要元件之一。目前鈣鈦礦太陽能電池大多采用金屬電極，例如：Au、Cu、Cu等不透明電極，然而金屬電極的鈣鈦礦電池不能應用在疊層電池中，，也不能應用在雙面發電鈣鈦礦電池中，因而限制了其應用領域。透明導電膜在光伏電池中主要用作電池的透明電極，不同透明導電膜的電學、光學以及結構對太陽能電池的光電特性和輸出特性(如電池的內外量子效率、短路電流、開路電壓、填充因子等)會產生不同的影響。作為單結光伏電池或疊層電池的透明電極，其需要滿足以下幾個基本條件：(1)在400-1200nm寬光譜范圍內具有高透過，以使入射太陽光能分別被鈣鈦礦頂電池和底電池有效吸收利用；(2)高電導率，以實現載流子的有效收集；(3)低損低溫制備技術，以減少對鈣鈦礦電池性能的影響。目前研究較多的透明電極包括透明導電氧化物、銀納米線、超薄金屬、石墨烯等體系。濺射的透明導電氧化物薄膜是研究最為廣泛的透明電極體系，主要以ITO薄膜為主。但是低溫制備的ITO薄膜方阻較高，會影響載流子的傳輸，進而影響電池性能。在現有的導電膜系中，如若降低方阻，那么光的透過率也會降低。方阻值和光透過率是矛盾的性能指標；且ITO透明導電薄膜低反射率波段很窄，不能增加高透波段的帶寬；表面粗糙度較大，降低了鈣鈦礦對光的吸收；彎折后電導率容易降低，不能滿足柔性電子器件的要求；另外，由于銦資源有限，ITO的成本和可持續性都存在隱憂。因此，研究者開始尋找高電導、高透過、低溫制備的透明導電氧化物薄膜體系。

綜上所述，現有的導電膜系無法同時滿足低電阻和高透過率以及低溫制備，所以亟需發展一種低電阻、高透過率低溫制備的導電膜系，使此透明電極膜系能在鈣鈦礦太陽能電池及其與晶硅、銅銦鎵硒疊層上應用。

發明內容

為了克服上述現有技術中，ITO透明導電薄膜低溫制備下電阻高、導電率差、表面粗糙度較大、彎折后電導率容易降低的缺點，本發明的目的在于提供一種透明導電電極及其低溫制備方法和應用。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種透明導電電極，從下至上依次包括，IZO層、金屬層、WOx層和ITO層，ITO層摻雜有氫；

IZO層的厚度為5～15nm；金屬層的厚度為5～15nm；WOx層的厚度為2-7nm；ITO層的厚度為20～70nm。

優選地，金屬層為Au層、Ag層或Cu層。優選Ag層作為金屬層。

一種透明導電電極的低溫制備方法，IZO層、金屬層和ITO層均是通過低溫磁控濺射法或反應等離子體濺射法在溫度為-15～25℃的條件下制備的；

采用反應等離子體濺射法制備時，入射離子能量峰值70eV。

優選地，具體包括如下步驟：

步驟1)首先制備厚度為5～15nm的IZO層，作為種子層；

IZO層的具體制備參數如下：濺射功率為70-150W；Ar氣與O₂的比例控制在(30～40)：1；

步驟2)在IZO層上制備厚度為5～10nm的金屬層；