[发明专利]一种用于燃料敏化太阳能电池的透明电极

说明书

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。