CN103000382A - 一种用于燃料敏化太阳能电池的透明电极 - Google Patents

一种用于燃料敏化太阳能电池的透明电极 Download PDF

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CN103000382A CN 201110272602 CN201110272602A CN103000382A CN 103000382 A CN103000382 A CN 103000382A CN 201110272602 CN201110272602 CN 201110272602 CN 201110272602 A CN201110272602 A CN 201110272602A CN 103000382 A CN103000382 A CN 103000382A
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尹桂林
姜来新
宋佳
李文英
何丹农
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Abstract

本发明涉及一种用于燃料敏化太阳能电池的透明电极，其特征在于在常用导电透明电极表面沉积氧化锌纳米薄膜。本发明还涉及该电极的制备方法，其特征在于：将导电透明电极基板进行预处理并放入原子层沉积反应室，将反应室真空抽反应室温度加热至100℃～300℃；向沉积室中引入二乙基锌，持续时间为1秒，将氮气或惰性气体通入反应室，持续时间为3秒；向沉积室中引入水蒸汽，持续时间为1秒，沉积得到单层氧化锌，沉积结束后再用高纯氮气清洗沉积室，持续时间为3秒；循环反复沉积以获得一种用于燃料敏化太阳能电池的透明电极。可在基本不降低透明电极光学、电学性能情况下，提高染料敏化太阳能电池的使用性能。

Description

一种用于燃料敏化太阳能电池的透明电极
所属领域
本发明属于太阳能电池用透明电极及其制造方法，更具体设计改进的染料敏化太阳能电池用透明电极及其制造方法。
背景技术
导电透明电极广泛应用于各种技术领域，特别是包括太阳能电池、平板显示、有机发光二极管(OLEDs)等技术领域。目前用于染料敏化太阳能电池的导电透明电极主要有ITO、FTO、AZO等，特别是FTO。
染料敏化太阳能电池制备工艺简单，加工成本低，具有很好透光性，可以在各种光照条件下使用，并可在柔性基板上制作，以上特点使得其具有很好的应用前景。染料敏化太阳能电池，是由染料吸收太阳光，产生光电子，通过TiO2的纳米薄膜的传输被导电透明电极收集。由于电解质的渗透作用，使其与ITO或FTO透明电极接触，导致透明电极的电子被电解质中的I3 -俘获，发生电荷的复合，降低了光电转换效率。国内外研究者为了减小透明电极与电解质之间的电荷复合，进行了大量的研究。研究表明，由于ZnO具有比Ti02更负的导带能级，因此在透明电极基底上增加一层ZnO的薄膜能够避免透明电极与电解质的接触，有效降低在电极界面处发生的电荷复合，提升电池的性能。专利“染料敏化太阳能电池ZnO复合电极及其制备方法”(申请号：201010128283.X)，在常用透明电极基底上利用旋涂法制备一层20～400nm的ZnO薄膜，有效降低在电极界面处发生的电荷复合。但是，这种方法，制备的薄膜均匀性难以控制，重复性较差，薄膜致密性一般，并且ZnO薄膜厚度太大将严重影响电极的导电性和透光率，因此难以满足透明电极的性能要求和大规模高精度制造的需求。
发明内容
本发明针对上述情况，提出一种对导电透明电极进行改进的新方法，具体是利用原子层沉积技术(ALD)在导电透明电极表面沉积一层致密纳米ZnO薄膜，形成复合电极。ALD方法的薄膜生长通过一原子层接一原子层的方式形成，因而在薄膜的均匀性、致密性以及厚度控制等方面都具有明显的优势，反应温度也相对较低，适合于大规模高精度制造。同时，由于ALD形成的薄膜，结构非常致密，因此所需厚度可以大大降低，可有效降低ZnO薄膜厚度给透明电极的导电性和透光率带来的影响。
根据上述构思，本发明提供一种用于燃料敏化太阳能电池的透明电极，其特征在于在常用导电透明电极表面沉积氧化锌纳米薄膜。
其特征在于所述氧化锌米薄膜的沉积方法为原子层沉积方法；
所述的氧化锌纳米薄膜厚度为5～50nm；
本发明一种用于燃料敏化太阳能电池的透明电极的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
A.将导电透明电极基板进行预处理并放入原子层沉积反应室，将反应室真空抽至5hPa～15hPa，将反应室温度加热至100℃～300℃；
B.向沉积室中引入二乙基锌，持续时间为1秒，将氮气或惰性气体通入反应室，以清除未被基底化学吸附的残余气体，持续时间为3秒；
C.向沉积室中引入水蒸汽，持续时间为1秒，沉积得到单层氧化锌，沉积结束后再用高纯氮气清洗沉积室，持续时间为3秒；
D.根据厚度要求，循环步骤B、C，反复沉积以获得一种用于燃料敏化太阳能电池的透明电极。
本发明制备工艺简单，沉积的ZnO纳米薄膜，结构致密，沉积厚度均一且可以精确控制，沉积后的电极无需进行热处理，可用于染料敏化太阳能电池，在上述制得的复合导电透明电极上制备纳米TiO2薄膜，可得染料敏化太阳能电池FTO(ITO或AZO)/ZnO/TiO2复合电极。
具体实施方式
下面将参照上述步骤，通过优选实施例更加充分描述本发明的实质性特点，但本发明不仅限于实施例。
实施例1：在ITO玻璃基板上沉积ZnO纳米薄膜：
A.将ITO导电透明电极基板进行预处理并放入原子层沉积反应室，将反应室真空抽至5hPa～15hPa，将反应室温度加热至100℃～300℃，优选150℃～250℃；
B.向沉积室中引入二乙基锌Zn(CH2CH3)2后，持续时间为1秒；将氮气或惰性气体通入反应室，以清除未被基底化学吸附的残余气体，持续时间为3秒；向沉积室中引入水蒸汽，持续时间为1秒，沉积得到单层ZnO；沉积结束后再用高纯氮气清洗沉积室，持续时间为3秒；
C.重复上述步骤25次，得到厚度约5nm的ZnO薄膜。
D.对上述制得的导电透明电极，用紫外-可见光谱仪对透光率进行测量，用霍尔测试仪上对导电率进行测量，测得透光率为89％，导电率为1.2*10-4Ω·cm。
实施例2：ITO玻璃基板上在利用上述实施例1中方法制备50nmZnO薄膜，用紫外-可见光谱仪对透光率进行测量，用霍尔测试仪上对导电率进行测量，测得透光率为84％，导电率为3*10-3Ω·cm。
实施例3：FTO玻璃基板上在利用上述实施例1中方法制备5nmZnO薄膜，用紫外-可见光谱仪对透光率进行测量，用霍尔测试仪上对导电率进行测量，测得透光率为88％，导电率为1.4*10-4Ω·cm。
实施例4：FTO玻璃基板上在利用上述实施例1中方法制备15nmZnO薄膜，用紫外-可见光谱仪对透光率进行测量，用霍尔测试仪上对导电率进行测量，测得透光率为85％，导电率为3.1*10-4Ω·cm。
实施例5：AZO玻璃基板上在利用上述实施例1中方法制备15nmZnO薄膜，用紫外-可见光谱仪对透光率进行测量，用霍尔测试仪上对导电率进行测量，测得透光率为85％，导电率为7.5*10-4Ω·cm。
上述实例中，所用ITO、FTO、AZO电极的原始导电率分别为1.1*10-4Ω·cm、3*10-4Ω·cm、4.2*10-4Ω·cm；原始透光率分别为89％、88％、88％。由此可见，沉积ZnO纳米薄膜以后，电极的透光率影响很小，导电率有所上升，可根据实际需要选择合适的ZnO薄膜厚度。

Claims (4)

1.一种用于燃料敏化太阳能电池的透明电极，其特征在于，在常用导电透明电极表面沉积氧化锌纳米薄膜。
2.根据权利要求1所述一种用于燃料敏化太阳能电池的透明电极，其特征在于，所述氧化锌米薄膜的沉积方法为原子层沉积方法。
3.根据权利要求1所述一种用于燃料敏化太阳能电池的透明电极，其特征在于，所述的氧化锌纳米薄膜厚度为5～50nm。
4.根据权利要求1或2或3所述一种用于燃料敏化太阳能电池的透明电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.将导电透明电极基板进行预处理并放入原子层沉积反应室，将反应室真空抽至5hPa～15hPa，将反应室温度加热至100℃～300℃；
B.向沉积室中引入二乙基锌，持续时间为1秒，将氮气或惰性气体通入反应室，以清除未被基底化学吸附的残余气体，持续时间为3秒；
C.向沉积室中引入水蒸汽，持续时间为1秒，沉积得到单层氧化锌，沉积结束后再用高纯氮气清洗沉积室，持续时间为3秒；
D.根据厚度要求，循环步骤B、C，反复沉积以获得一种用于燃料敏化太阳能电池的透明电极。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105355715A (zh) * 2015-11-17 2016-02-24 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 一种金属纳米晶改性半导体光电位置传感器件的制备方法

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PB01 Publication
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