[发明专利]一种透明导电电极及其低温制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种透明导电电极及其低温制备方法和应用，属于导电薄膜技术领域。从下至上依次包括，IZO层、金属层、WOx和ITO层，ITO层掺杂有氢在保证低电阻的同时能够提高光学透过率，并通过合理的光学设计，在电池的吸光层中形成光学谐振，从而进一步增强基于其制备的电子器件的光电转换效率。本发明的透明导电电极，是一种低阻值、高透过率的导电膜系，且可以实现低温制备，满足钙钛矿与晶硅、铜铟镓硒叠层的无损伤、低阻、高透的需求。该性透明导电电极在可见光范围内的平均透过率在85％以上，阻值为15ohm。

技术领域

本发明属于导电薄膜技术领域，涉及一种透明导电电极及其低温制备方法和应用。

背景技术

透明电极是一种同时具备高导电性和高可见光透过率的元件。它是构成太阳能电池、光电探测器、发光二极管、平板显示器、触控屏和智能窗等光电子器件的重要元件之一。目前钙钛矿太阳能电池大多采用金属电极，例如：Au、Cu、Cu等不透明电极，然而金属电极的钙钛矿电池不能应用在叠层电池中，，也不能应用在双面发电钙钛矿电池中，因而限制了其应用领域。透明导电膜在光伏电池中主要用作电池的透明电极，不同透明导电膜的电学、光学以及结构对太阳能电池的光电特性和输出特性(如电池的内外量子效率、短路电流、开路电压、填充因子等)会产生不同的影响。作为单结光伏电池或叠层电池的透明电极，其需要满足以下几个基本条件：(1)在400-1200nm宽光谱范围内具有高透过，以使入射太阳光能分别被钙钛矿顶电池和底电池有效吸收利用；(2)高电导率，以实现载流子的有效收集；(3)低损低温制备技术，以减少对钙钛矿电池性能的影响。目前研究较多的透明电极包括透明导电氧化物、银纳米线、超薄金属、石墨烯等体系。溅射的透明导电氧化物薄膜是研究最为广泛的透明电极体系，主要以ITO薄膜为主。但是低温制备的ITO薄膜方阻较高，会影响载流子的传输，进而影响电池性能。在现有的导电膜系中，如若降低方阻，那么光的透过率也会降低。方阻值和光透过率是矛盾的性能指标；且ITO透明导电薄膜低反射率波段很窄，不能增加高透波段的带宽；表面粗糙度较大，降低了钙钛矿对光的吸收；弯折后电导率容易降低，不能满足柔性电子器件的要求；另外，由于铟资源有限，ITO的成本和可持续性都存在隐忧。因此，研究者开始寻找高电导、高透过、低温制备的透明导电氧化物薄膜体系。

综上所述，现有的导电膜系无法同时满足低电阻和高透过率以及低温制备，所以亟需发展一种低电阻、高透过率低温制备的导电膜系，使此透明电极膜系能在钙钛矿太阳能电池及其与晶硅、铜铟镓硒叠层上应用。

发明内容

为了克服上述现有技术中，ITO透明导电薄膜低温制备下电阻高、导电率差、表面粗糙度较大、弯折后电导率容易降低的缺点，本发明的目的在于提供一种透明导电电极及其低温制备方法和应用。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种透明导电电极，从下至上依次包括，IZO层、金属层、WOx层和ITO层，ITO层掺杂有氢；

IZO层的厚度为5～15nm；金属层的厚度为5～15nm；WOx层的厚度为2-7nm；ITO层的厚度为20～70nm。

优选地，金属层为Au层、Ag层或Cu层。优选Ag层作为金属层。

一种透明导电电极的低温制备方法，IZO层、金属层和ITO层均是通过低温磁控溅射法或反应等离子体溅射法在温度为-15～25℃的条件下制备的；

采用反应等离子体溅射法制备时，入射离子能量峰值70eV。

优选地，具体包括如下步骤：

步骤1)首先制备厚度为5～15nm的IZO层，作为种子层；

IZO层的具体制备参数如下：溅射功率为70-150W；Ar气与O₂的比例控制在(30～40)：1；

步骤2)在IZO层上制备厚度为5～10nm的金属层；