[发明专利]用于染料敏化太阳能电池的柔性Ti-In-Zn-O透明电极、使用它的高电导率的插入有金属的三层透明电极及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于染料敏化太阳能电池的柔性透明电极及其制造方法，更具体地，涉及一种用于染料敏化太阳能电池的柔性Ti-In-Zn-O透明电极及其制造方法，并且涉及一种利用柔性透明电极的具有高电导率的插入有金属的三层透明电极及其制造方法，其中，与具有高沉积温度的常规的掺氟的氧化锡和氧化铟锡透明电极相比，尽管在室温下或低温下被沉积，柔性透明电极仍具有低的片电阻、高的电导率和透射率、对外部弯曲的优异抵抗度、提高的表面特性以及更好的表面粗糙度性能。

背景技术

一般地，染料敏化太阳能电池是一种利用染料吸收太阳光的能力来引起化学发电的太阳能电池，它通过吸收波长为300nm至2,500nm的太阳光之中的约400nm至800nm的波长来发电。

图1是示意性地例示了常规的染料敏化太阳能电池的截面图，其中，典型的染料敏化太阳能电池包括透明玻璃基板、包括金属氧化物和染料的光电极（阳极）、电解质以及对电极（阴极）。

设置为多孔薄膜形式的光电极是由例如TiO₂、ZnO或SnO₂这样的宽带隙n型过渡金属氧化物半导体所制成的，并且单层的染料吸附在光电极的表面上。当太阳光入射在太阳能电池上时，染料中处于费米能级的电子吸收太阳能，因而被激发至电子不被占据的更高能级。结果，通过从电解质中的离子提供电子而再次占据在电子逃逸的较低能级处的空位。向染料供应了电子的离子移动至对电极，从而接收电子。

作为阴极的对电极充当在电解质中的离子的氧化还原反应的催化剂，使得通过在对电极的表面上的氧化还原反应将电子提供给电解质的离子。

为了提高染料敏化太阳能电池的能量转换效率，主要使用具有优越的催化活性的Pt薄膜，并且可以在电极中使用具有与Pt类似特性的例如Pd、Ag、Au等贵金属以及例如炭黑或石墨这样的碳质材料。

透明玻璃基板在能够吸收太阳能的同时向外部电路输送电子，并且通常由透明导电氧化物（TCO）形成。因为其上入射太阳光以发射电子和空穴的吸收层必须被电极覆盖，所以当光被电极挡住时，吸收层的功能无法展现出现或者其效率会降低。为此，使用了TCO。

具体地，TCO主要包括FTO（掺氟的氧化锡、Sn(F)O₂）。

然而，这种FTO薄膜的沉积利用了例如大型的化学气相沉积装置这样的昂贵的设备，不必要地导致了复杂的工艺并增加了制造成本。此外，源材料因此被日本领先的公司和大学获得了专利，目前它们全部是进口的。

由于纳米微粒的特性，利用TiO₂纳米微粒通过丝网印刷形成在FTO薄膜上的多孔薄膜在内部和微粒的表面处存在许多缺陷，因而，电子的散射和电子空穴的复合会降低电子的迁移率和电子的寿命，不必要地降低了电子电导率并导致效率低。

在FTO的情况下，因为FTO和形成在其上的Ti:染料层之间的表面特征变差，所以太阳能电池的效率会降低，并且在将柔性的染料敏化太阳能电池弯曲时，TCO和吸收层会容易脱落。

因此，需要用于染料敏化太阳能电池的新颖的柔性透明电极，其可以展现出高的透射率和低的片电阻，以使其可以替代FTO，可以通过在室温下或低温下在塑料基板上进行沉积而形成，并且可以利用Ti:染料层来提高表面特性。

发明内容

技术问题

因此，考虑到在现有技术中出现的上述问题来做出了本发明，并且本发明的一个目的是提供一种用于染料敏化太阳能电池的透明电极及其制造方法，该透明电极可以应用于柔性基板以提高对外部弯曲的抵抗性。

本发明的另一目的是提供一种用于染料敏化太阳能电池的透明电极及其制造方法，尽管在室温或低温下进行沉积，其仍然可以具有低的片电阻和高的电导率和透射率。

本发明的另一目的是提供一种用于染料敏化太阳能电池的透明电极及其制造方法，该透明电极在具有Ti:染料层和电解质的表面特征、装置稳定性和表面粗糙度方面得到了改善。

本发明的另一目的是提供一种插入了金属的三层TCO/金属/TCO透明电极及其制造方法，与FTO和ITO相比，该透明电极会具有低的片电阻，即，显著更高的电导率。

本发明的目的不限于以上各项，本领域技术人员根据以下描述将明显地理解本文未提及的其它目的。

技术方案

为了实现以上目的，本发明提供了一种用于染料敏化太阳能电池的柔性Ti-In-Zn-O透明电极的制造方法，该方法包括：制备柔性透明基板；同时将Ti和IZO沉积在所述基板上或者应用单个Ti-In-Zn-O靶，从而形成Ti-In-Zn-O薄膜。