CN101931053A - 氧化铟锡立体电极及制法及制备装置及太阳能电池制法 - Google Patents
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Abstract
本发明是有关于一种氧化铟锡(ITO)立体电极及其制备方法。本发明的氧化铟锡立体电极包括一导电层以及复数个氧化铟锡导电纳米柱，形成于导电层的表面，且其氧化铟锡纳米柱的长度可调变范围为10nm至1500nm，应用于有机太阳能电池的最佳长度可调变范围为50nm至200nm。本发明的具有立体结构的氧化铟锡电极应用于有机光电组件(如：有机太阳能电池、有机发光二极管等)时，可增加主动层与电极的接触面积，有效提升电流注入或导出的效率。本发明亦有关于制备此氧化铟锡立体电极的蒸镀机、包含此氧化铟锡立体电极的有机太阳能电池、以及制备此有机太阳能电池的方法。
Description
技术领域
本发明是关于一种氧化铟锡(ITO)立体电极及其制备方法、制备此氧化铟锡立体电极的蒸镀机、包含此氧化铟锡立体电极的有机太阳能电池、以及制备此有机太阳能电池的方法。
背景技术
如图1所示，传统的有机太阳能电池的形成方法包含以下步骤。首先，于玻璃基板10上方形成一透明层状氧化铟锡(ITO)电极层11(S1)，接着以旋转涂布的方法于层状氧化铟锡(ITO)电极层11上形成一空穴传导层12(S2)，再将有机高分子反应层13形成于空穴传导层12上(S3)。最后，在有机高分子反应层上13制作一铝金属电极14(S4)，如此则制备出一公知的有机太阳能电池1。
然而，由于有机太阳能电池中的有机高分子反应层的材料本身稳定性低，加上两侧电极皆为平面层状结构，因此，使得有机高分子反应层(主动层)与电极形成可靠的金属接触(metal contact)是非常困难的。故有机太阳能电池的效率一直无法得到大幅度的提升。
由此，Jason等人提出一种氧化锌纳米线染料敏化太阳能电池(ZnOnanowire-based dye-sensitized solar cell)结构。其使用有机金属化学气相沉积(Metalorganic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)方法，在透明导电材料上生长出树枝状氧化锌纳米线，使提供较多与染料分子反应层之间的接触面积，企图增加电流路径。
然而，虽已增加了与染料分子反应层之间的接触面积，但由于氧化锌材料本身稳定度不佳，容易受到酸碱溶液的破坏，加上氧化锌材料本身片电阻大，其可见光波段的穿透率仅80％，因此对于提升有机太阳能电池效率的成果不如预期。此外，其所使用的有机金属化学气相沉积(MOCVD)技术所需设备成本高，加上在透明导电材料上生长树枝状氧化锌纳米线所需时间冗长，因此产业可利用效果不佳。
因此，本领域亟需一种新颖的技术，使可利用具有稳定度佳(抗酸碱性高)、低片电阻特性、以及兼具高的可见光波段的穿透率等优点的材料(如，氧化铟锡(ITO))，并使用成本低、产出所需时间短的方法，来制作出有效提升有机光电组件效率的电极。
发明内容
本发明的目的是提供一种氧化铟锡立体电极、其制备方法、其制备装置、及其太阳能电池的制作方法。
为实现上述目的，本发明提供的氧化铟锡(ITO)立体电极，包括：一导电层；以及复数个导电纳米柱，形成于该导电层的表面；其中，导电纳米柱为氧化铟锡(ITO)纳米柱，而氧化铟锡(ITO)纳米柱的长度为可调变范围为10nm至1500nm，氧化铟锡(ITO)纳米柱的直径可调变范围为10nm至120nm，氧化铟锡(ITO)纳米柱形成于导电层表面的密度可调变范围为每平方公分1x106至5x1010个。本发明的具有立体结构的氧化铟锡电极应用于有机光电组件(如：有机太阳能电池、有机发光二极管等)，可增加主动层与电极的接触面积，有效提升电流注入或导出的效率，并可使电流分布更均匀，避免有机光电组件中有机高分子主动层因受到电流差异而损害，进而提升有机光电组件的使用寿命。此外，由于氧化铟锡材料本身具有稳定度佳(抗酸碱性高)、低片电阻特性、以及兼具高的可见光波段的穿透率等优点，故可有效避免公知使用氧化锌材料作为电极的缺点。
本发明的氧化铟锡立体电极中，氧化铟锡(ITO)纳米柱形成于导电层表面的密度可调整，其范围为每平方公分1×106至5×1010，较佳为每平方公分1x108至1x1010个，最佳为每平方公分5x109个。
本发明的氧化铟锡立体电极可应用于有机太阳能电池、染料敏化太阳能电池(Dye Sensitized Solar Cell，DSSC)、或有机发光二极管(OLED)等有机光电组件，较佳地是应用于有机太阳能电池。当应用于有机太阳能电池时，其氧化铟锡(ITO)纳米柱的长度可调变范围较佳为50nm至200nm，且氧化铟锡(ITO)纳米柱的直径可调变范围较佳为30nm至50nm。
本发明的氧化铟锡立体电极中，导电层较佳为透明导电层、金属层、导电陶瓷层、半导体导电层、或高分子导电层，更佳为透明导电层。并且，透明导电层较佳为氧化铟锡层(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化锌铝(AZO)、氧化锌镓(GZO)、或氧化锌。
此外，本发明亦提供一种氧化铟锡立体电极的制备方法，包括：(A)提供一具有一反应腔、一蒸镀源、以及一基板支撑座的蒸镀机，其中，蒸镀源配置于反应腔内的底部，且基板支撑座配置于反应腔内的顶部；(B)将一表面附有一导电层的基板配载于蒸镀机的基板支撑座，并使该基板的法线方向与反应腔的底部形成0至90度的夹角；以及(C)对于该表面附有导电层的基板进行斜向蒸镀(oblique evaporation)，以得到表面形成有氧化铟锡立体电极的基板。相对公知所使用的有机金属化学气相沉积(MOCVD)技术，本发明所使用的斜向蒸镀方法不仅可缩短制备时间，更可降低设备及材料成本，因此更具产业利用性。
本发明的氧化铟锡立体电极的制备方法中，步骤(C)较佳可还包括：于斜向蒸镀时通入氧气以及一惰性气体至蒸镀机的反应腔中。并且，所通入的惰性气体较佳为氮气。而氧气与惰性气体的通入流量比例较佳为0.5或以下，更佳为10-5～0.15之间。本发明以氮氧调变的方法，于反应腔中通入适当比例的氮气及氧气(或是氮氧混合气体)，使得可在表面附有导电层的基板上制作氧化铟锡(ITO)纳米柱，而得到表面形成有氧化铟锡立体电极的基板。
本发明的氧化铟锡立体电极的制备方法中，其步骤(B)的基板的法线方向与反应腔的底部所形成的夹角可在约0度至90度之间视需求进行调整，较佳为约5至85度，更佳为约60至75度。而关于此夹角角度，系依照基板表面所具有的导电层结构来作调整。
本发明的氧化铟锡立体电极的制备方法中，其步骤(C)的斜向蒸镀较佳系于10-6至10-3torr的压力范围之间进行。
本发明的氧化铟锡立体电极的制备方法中，其步骤(C)的斜向蒸镀较佳系于100℃至450℃的温度范围之间进行。
本发明还提供一种蒸镀机，用于蒸镀一表面附有导电材料的基板，其包括：一反应腔、一蒸镀单元、以及至少一基板支撑座。其中，蒸镀单元配置于反应腔内的底部，而基板支撑座配置于反应腔内的顶部。当基板支撑座配载有基板时，可调整使基板的法线方向与反应腔的底部形成0至90度的夹角。
上述蒸镀机，较佳地可还包括一旋转台，具有可使基板沿蒸镀源(蒸镀单元)公转，及使个别基板具有自转的功能，其系配置于基板支撑座与反应腔之间，使由旋转台的旋转动作，而使基板支撑座相对蒸镀源的位子可进行变换。
本发明提供的有机太阳能电池，其包括：一氧化铟锡(ITO)立体电极；一金属电极；以及一主动层，形成于氧化铟锡立体电极以及金属电极之间。其中，氧化铟锡立体电极包括一导电层；以及复数个形成于导电层上的氧化铟锡纳米柱，且氧化铟锡纳米柱的长度可调变范围为50nm至200nm，氧化铟锡纳米柱的直径可调变范围为30nm至50nm。
由于本发明的有机太阳能电池具有立体的氧化铟锡电极，故可增加主动层与电极的接触面积，有效提升电流注入或导出的效率，并可使电流分布更均匀，降低主动层受损的机率。相较于公知的有机太阳能电池，本发明的有机太阳能电池更有效率且寿命更长。
本发明的有机太阳能电池中，较佳地可还包括一空穴传导层，其形成于氧化铟锡(ITO)立体电极与主动层之间。空穴传导层的材料较佳可为PEDOT:PSS(聚(3，4-乙烯二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸酯，Poly(3，4-ethylenedioxythiophene)poly(styrenesulfonate))，但不限于此。
本发明的有机太阳能电池中，主动层的材料较佳可为P3HT:PCBM(聚(3-己基噻吩:[6，6]-苯基-C61-丁酸甲基酯，poly(3-hexyl thiophene):[6，6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester)、或MDMO-PPV:PCBM(聚[2-甲氧基-5-(3′，7′-二甲基辛氧基)-1，4-对苯撑乙撑]:[6，6]-苯基-C61-丁酸甲基酯，poly[2-methoxy-5-(3′，7′-dimethyloctyloxy)-1，4-phenylene vinylene]:[6，6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester)，但不限于此。
本发明的有机太阳能电池中，氧化铟锡(ITO)立体电极的氧化铟锡纳米柱配置于导电层表面的密度较佳为每平方公分1x108至1x1010个，最佳为每平方公分5x109个。
本发明的有机太阳能电池中，氧化铟锡(ITO)立体电极的导电层较佳为透明导电层、金属层、导电陶瓷层、半导体导电层、或高分子导电层，更佳地为透明导电层，但不限于此。并且，透明导电层较佳为氧化铟锡层(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化锌铝(AZO)、氧化锌镓(GZO)、或氧化锌，但不限于此。
本发明提供的有机太阳能电池的制备方法，包括：(A)形成一主动层于一氧化铟锡(ITO)立体电极的表面，其中，氧化铟锡立体电极包括一导电层、以及复数个形成于导电层上的氧化铟锡纳米柱，且其氧化铟锡纳米柱的长度可调范围自50nm至200nm；(B)形成一金属电极于主动层的表面；以及(C)将步骤(B)所得的具有氧化铟锡(ITO)立体电极、主动层、以及金属电极的基板加热退火(anneal)。本发明的有机太阳能电池的制备方法的特征在于，步骤(C)中加热退火的制备可帮助主动层(有机高分子反应层)形成电荷通道，增加电荷传导收集，提升有机太阳能电池的效率。
本发明的有机太阳能电池的制备方法中，步骤(C)的加热退火的温度较佳可为90至150℃，其时间范围较佳可为10分钟至150分钟。
本发明的有机太阳能电池的制备方法中，步骤(A)的主动层的材料较佳可为P3HT:PCBM(聚(3-己基噻吩:[6，6]-苯基-C61-丁酸甲基酯，poly(3-hexyl thiophene):[6，6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester)、或MDMO-PPV:PCBM(聚[2-甲氧基-5-(3′，7′-二甲基辛氧基)-1，4-对苯撑乙撑]:[6，6]-苯基-C61-丁酸甲基酯，poly[2-methoxy-5-(3′，7′-dimethyloctyloxy)-1，4-phenylene vinylene]:[6，6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester)，但不限于此。
本发明的有机太阳能电池的制备方法中，步骤(A)之前较佳地可还包括一步骤(A1)：形成一空穴传导层于氧化铟锡(ITO)立体电极与主动层之间。此空穴传导层的材料较佳可为PEDOT:PSS(聚(3，4-乙烯二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸酯，Poly(3，4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate))，但不限于此。
附图说明
图1是公知的有机太阳能电池的形成步骤示意图。
图2是本发明实施例1的蒸镀机的示意图。
图3是本发明实施例1的基板22的法线方向与反应腔20的底部的夹角θ的示意图。
图4是本发明实施例2的蒸镀机的示意图。
图5是本发明实施例3的氧化铟锡(ITO)立体电极的示意图。
图6是本发明实施例4的有机太阳能电池的示意图。
图7及图8是本发明测试例的功率转换效率测试结果图。
附图中主要组件符号说明
1有机太阳能电池 26加热器
10基板 27温度计
11电极层 28基板
12空穴传导层 29旋转台
13有机高分子反应层 3氧化铟锡(ITO)立体电极
14铝金属电极 30基板
2蒸镀机 31导电层
20反应腔 32氧化铟锡纳米柱
21蒸镀单元 33空穴传导层
22基板支撑座 34主动层
23氮气供应阀 35铝金属电极
24氧气供应阀 4有机太阳能电池
25抽气管 θ夹角
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式。本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。实施例仅是为了方便说明而举例而已。
实施例1
如图2所示，是本实施例用于蒸镀一表面附有导电材料的基板的蒸镀机2，其包括：一反应腔20、一蒸镀单元21、一基板支撑座22、一氮气供应阀23、一氧气供应阀24、一抽气管25、一加热器26、以及一温度计27。其中，蒸镀单元21配置于反应腔20内的底部，而基板支撑座22配置于反应腔20内的顶部。当基板支撑座22配载有基板28(如图3所示)时，可调整使基板28的法线方向与反应腔20的底部形成0至90度的夹角θ。
实施例2
如图4所示，是本实施例用于蒸镀一表面附有导电材料的基板的蒸镀机2，除了具有与实施例1的蒸镀机2的相同特征以外，本实施例的蒸镀机2还包括有一旋转台29，配置于基板支撑座22与反应腔20顶部之间，使由旋转台29的旋转动作，而使基板支撑座22于反应腔20内相对蒸镀单元21的位子可进行公转变换。
实施例3：氧化铟锡立体电极的制备
使用如图2所示的实施例1的蒸镀机2以制备本实施例的氧化铟锡立体电极。请同时参照图2及图3，首先，(A)将表面附有一导电层的基板28配载于反应腔20内的基板支撑座22，并使基板28的法线方向与反应腔的底部形成0至90度(较佳为约5至85度，更佳为约60至75度)的夹角θ，本实施例中的夹角θ为67度。接着，(B)由氮气供应阀23以及氧气供应阀24分别通入氮气以及氧气，并将通入氧气与氮气的流量比例控制在0.5或以下，并使反应腔20内的气压维持在10-6至10-3torr的压力范围内，以及将反应腔20内的温度控制在100℃至450℃之间。接着对于该表面附有导电层的基板28进行斜向蒸镀(oblique evaporation)，以得到表面形成有氧化铟锡立体电极的基板。本实施例步骤(A)中基板28表面的导电层系使用氧化铟锡层(ITO)，但亦可为透明导电层(如，氧化铟锡层(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化锌铝(AZO)、氧化锌镓(GZO)、或氧化锌)、金属层、导电陶瓷层、半导体导电层、或高分子导电层等，并无特别限制。
本发明所使用的斜向蒸镀方法不仅可缩短制备时间，更可降低设备及材料成本，因此相对公知所使用的有机金属化学气相沉积(MOCVD)技术更具产业利用性。
如图5所示，是本实施例所制得的氧化铟锡(ITO)立体电极3(形成于基板30上)，其包括：一导电层31；以及复数个形成于导电层31表面的导电氧化铟锡纳米柱32。由SEM结果测得，其中氧化铟锡纳米柱32的长度可调变范围为10nm至1500nm，直径可调变范围为10nm至120nm。而氧化铟锡纳米柱32形成于导电层31表面的密度可调变范围为每平方公分1x106至5x1010个。
本发明的具有立体结构的氧化铟锡电极应用于有机光电组件(如，有机太阳能电池、染料敏化太阳能电池、有机发光二极管等)，可增加主动层与电极的接触面积，有效提升电流注入或导出的效率，并可使电流分布更均匀，避免有机光电组件中有机高分子主动层因受到电流差异而损害，进而提升有机光电组件的使用寿命。当应用于有机太阳能电池时，氧化铟锡纳米柱的长度可调变范围较佳为50nm至200nm，直径可调变范围为30nm至50nm。此外，由于氧化铟锡材料本身稳定度佳(抗酸碱性高)、低片电阻特性、以及兼具高的可见光波段的穿透率等优点，故可有效避免公知所使用的氧化锌材料本身的缺点。
实施例4-10：氧化铟锡立体电极的制备
除了需将基板28的法线方向与反应腔20的底部所形成的夹角θ分别调整为如下列表1中所示的角度外，使用如同实施例3中所述的相同条件及方法制备实施例4-10的氧化铟锡立体电极。而关于夹角θ的选择，是依照基板所具有的导电层结构来调整。
表1
| 夹角θ | |
| 实施例4 | 9.5度 |
| 实施例5 | 14度 |
| 实施例6 | 24.5度 |
| 实施例7 | 38度 |
| 实施例8 | 43度 |
| 实施例9 | 77度 |
| 实施例10 | 85度 |
实施例11：有机太阳能电池的氧化铟锡立体电极的制备
除了需适当调整斜向蒸镀所进行的时间以外，使用如同实施例3中所述的相同条件及方法制备本实施例的有机太阳能电池所用的氧化铟锡立体电极。所得到的氧化铟锡立体电极中，氧化铟锡纳米柱的长度范围为50nm至200nm，直径范围为30nm至50nm。
实施例12：有机太阳能电池的制备
本实施例取用实施例11所制得的氧化铟锡(ITO)立体电极来制备一有机太阳能电池。
请参阅图6，首先，(A1)形成一空穴传导层33于此氧化铟锡立体电极3的表面，并(A)形成一主动层34于此空穴传导层33上，接着(B)形成一铝金属电极35于主动层34的表面。最后，(C)将上述步骤(B)所得的上方具有氧化铟锡立体电极3、空穴传导层33、主动层34、以及铝金属电极35的基板30以90至150℃的温度进行退火(anneal)，其时间范围为10分钟至150分钟。如此则可完成本实施例的有机太阳能电池4。本发明制备有机太阳能电池的步骤中，由于加热退火的制备可帮助主动层(有机高分子反应层)形成电荷通道，增加电荷收集，因此可提升有机太阳能电池的效率。
本实施例中，主动层34的材料为P3HT:PCBM(聚(3-己基噻吩:[6，6]-苯基-C61-丁酸甲基酯，poly(3-hexyl thiophene):[6，6]-phenyl-C61-butyric acidmethyl ester)，但亦可为MDMO-PPV:PCBM(聚[2-甲氧基-5-(3′，7′-二甲基辛氧基)-1，4-对苯撑乙撑]:[6，6]-苯基-C61-丁酸甲基酯，poly[2-methoxy-5-(3′，7′-dimethyloctyloxy)-1，4-phenyleneinylene]:[6，6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester)，无特定限制。空穴传导层33的材料为PEDOT:PSS(聚(3，4-乙烯二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸酯，Poly(3，4-ethylenedioxythiophene)poly(styrenesul fonate))，但并不限制于此。
如图6所示，本实施例所制得的有机太阳能电池4包括：一氧化铟锡(ITO)立体电极3、一金属电极35、一空穴传导层33、以及一主动层34。主动层34形成于氧化铟锡立体电极3以及金属电极35之间，空穴传导层33形成于氧化铟锡立体电极3与主动层34之间。其中，氧化铟锡立体电极3包括有一导电层31以及复数个形成于导电层31上的氧化铟锡纳米柱32，且氧化铟锡纳米柱的长度可调变范围为50nm至200nm，直径可调变范围为30nm至50nm，而氧化铟锡纳米柱32形成于导电层31表面的密度为可调变的范围为每平方公分1x108至1x1010个。
测试例：功率转换效率测试
取实施例3所制得的氧化铟锡(ITO)立体电极以及传统层状结构ITO电极进行功率转换效率(PCE，power conversion efficiency)测试，其结果如图7及8、以及下表2所示。
表2
| Isc(mA) | Voc(V) | FF(％) | PCE(％) | |
| ITO立体电极 | 9.53 | 0.61 | 58.7 | 3.41 |
| 层状结构ITO电极 | 8.35 | 0.6 | 62.13 | 3.11 |
由图7及8、以及表2的结果可得知，本发明的立体氧化铟锡电极在同样电压下可获得较大电流，且功率转换效率测试结果亦较传统层状结构ITO电极来的高。因此，本发明的立体的氧化铟锡电极确实可达到较佳的电性。
由于本发明的有机太阳能电池具有立体的氧化铟锡电极，故可增加主动层与电极的接触面积，有效提升电流注入或导出的效率，并可使电流分布更均匀，降低主动层受损的机率。相较于公知的有机太阳能电池，本发明的有机太阳能电池更有效率且寿命更长。
上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利要求范围自应以申请的权利要求范围所述为准，而非仅限于上述实施例。
Claims (26)
1.一种氧化铟锡立体电极，包括：
一导电层；以及
复数个导电纳米柱，形成于该导电层的表面；
其中，该导电纳米柱为氧化铟锡纳米柱，且该氧化铟锡纳米柱的长度可调变范围为10nm至1500nm，该氧化铟锡纳米柱的直径可调变范围为10nm至120nm，该氧化铟锡纳米柱形成于该导电层表面的密度可调变范围为每平方公分1x106至5x1010个。
2.如权利要求1所述的氧化铟锡立体电极，其中，该氧化铟锡立体电极是应用于有机太阳能电池，且该氧化铟锡纳米柱的长度可调变范围为50nm至200nm，该氧化铟锡纳米柱的直径可调变范围为30nm至50nm。
3.如权利要求1所述的氧化铟锡立体电极，其中，该氧化铟锡纳米柱形成于该导电层表面的密度可调变范围为每平方公分1x108至1x1010个。
4.如权利要求1所述的氧化铟锡立体电极，其中，该导电层为透明导电层、金属层、导电陶瓷层、半导体导电层或高分子导电层。
5.如权利要求4所述的氧化铟锡立体电极，其中，该透明导电层为氧化铟锡层、氧化铟锌、氧化锌铝、氧化锌镓或氧化锌。
6.一种氧化铟锡立体电极的制备方法，包括：
(A)提供一具有一反应腔、一蒸镀源、以及一基板支撑座的蒸镀机，其中，该蒸镀源配置于该反应腔内的底部，且该基板支撑座配置于该反应腔内的顶部；
(B)将一表面附有一导电层的基板配载于该蒸镀机的基板支撑座，并使该基板的法线方向与该反应腔的底部形成0至90度的夹角；以及
(C)对于该表面附有导电层的基板进行斜向蒸镀，以得到表面形成有氧化铟锡立体电极的基板。
7.如权利要求6项所述的氧化铟锡立体电极的制备方法，其中，步骤C包括：于斜向蒸镀时通入氧气以及一惰性气体至该蒸镀机的反应腔中。
8.如权利要求7所述的氧化铟锡立体电极的制备方法，其中，该惰性气体为氮气。
9.如权利要求7所述的氧化铟锡立体电极的制备方法，其中，该氧气与惰性气体的通入流量比例为0.5或以下。
10.如权利要求6所述的氧化铟锡立体电极的制备方法，其中，该步骤B中，该基板的法线方向与该反应腔的底部所形成的夹角为5至85度。
11.如权利要求10所述的氧化铟锡立体电极的制备方法，其中，该步骤B中，该基板的法线方向与该反应腔的底部所形成的夹角为60至75度。
12.如权利要求6所述的氧化铟锡立体电极的制备方法，其中，该步骤C的斜向蒸镀是于10-6至10-3torr的压力范围之间进行。
13.如权利要求6所述的氧化铟锡立体电极的制备方法，其中，该步骤C的斜向蒸镀系于100℃至450℃的温度范围之间进行。
14.一种蒸镀机，用于蒸镀一表面附有导电材料的基板，其包括：
一反应腔；
一蒸镀单元，配置于该反应腔内的底部；以及
至少一基板支撑座，配置于该反应腔内的顶部，且当该基板支撑座配载有该基板时，可调整使该基板的法线方向与该反应腔的底部形成0至90度的夹角。
15.一种有机太阳能电池，其包括：
一氧化铟锡立体电极；
一金属电极；以及
一主动层，形成于该氧化铟锡立体电极以及该金属电极之间；
其中，该氧化铟锡立体电极包括一导电层；以及复数个形成于该导电层上的氧化铟锡纳米柱，且该氧化铟锡纳米柱的长度可调变范围为50nm至200nm，该氧化铟锡纳米柱的直径可调变范围为30nm至50nm。
16.如权利要求15所述的有机太阳能电池，其中，包括一空穴传导层，其系形成于该氧化铟锡(ITO)立体电极与该主动层之间。
17.如权利要求16所述的有机太阳能电池，其中，该空穴传导层的材料为聚(3，4-乙烯二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸酯。
18.如权利要求15所述的有机太阳能电池，其中，该主动层的材料为聚(3-己基噻吩:[6，6]-苯基-C61-丁酸甲基酯、或聚[2-甲氧基-5-(3′，7′-二甲基辛氧基)-1，4-对苯撑乙撑]:[6，6]-苯基-C61-丁酸甲基酯。
19.如权利要求15所述的有机太阳能电池，其中，该氧化铟锡纳米柱配置于该导电层表面的密度为每平方公分1x108至1x1010个。
20.如权利要求15所述的有机太阳能电池，其中，该导电层为透明导电层、金属层、导电陶瓷层、半导体导电层或高分子导电层。
21.如权利要求20所述的有机太阳能电池，其中，该透明导电层为氧化铟锡层、氧化铟锌、氧化锌铝、氧化锌镓或氧化锌。
22.一种有机太阳能电池的制备方法，包括：
(A)形成一主动层于一氧化铟锡立体电极的表面，其中，该氧化铟锡立体电极包括一导电层；以及复数个形成于该导电层上的氧化铟锡纳米柱，且该氧化铟锡纳米柱的长度可调变范围为50nm至200nm；
(B)形成一金属电极于该主动层的表面；以及
(C)将步骤B所得的具有氧化铟锡立体电极、主动层以及金属电极的基板加热退火。
23.如权利要求22所述的有机太阳能电池的制备方法，其中，该步骤C的加热退火的温度为90至150℃，时间范围为10分钟到150分钟。
24.如权利要求22所述的有机太阳能电池的制备方法，其中，该步骤A的主动层的材料为聚(3-己基噻吩:[6，6]-苯基-C61-丁酸甲基酯、或
聚[2-甲氧基-5-(3′，7′-二甲基辛氧基)-1，4-对苯撑乙撑]:[6，6]-苯基-C61-丁酸甲基酯。
25.如权利要求22所述的有机太阳能电池的制备方法，其中，该步骤A之前还包括一步骤A1：形成一空穴传导层于该氧化铟锡立体电极与该主动层之间。
26.如权利要求25所述的有机太阳能电池的制备方法，其中，该空穴传导层的材料为聚(3，4-乙烯二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸酯。
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|---|---|---|---|---|
| CN102522438A (zh) * | 2011-12-15 | 2012-06-27 | 东南大学 | 一种利用氧化铟锡纳米颗粒增效的近红外光电探测器 |
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US10957816B2 (en) | 2013-02-05 | 2021-03-23 | International Business Machines Corporation | Thin film wafer transfer and structure for electronic devices |
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