[发明专利]随机金属网格超薄柔性透明电极和光伏器件及其制备方法

说明书

本发明公开了随机金属网格超薄柔性透明电极和光伏器件及其制备方法。本发明采用在硬质生长基底上形成随机龟裂的牺牲层，再在牺牲层的表面以及随机龟裂的缝隙之间的硬质生长基底上形成金属层，除去牺牲层后再对金属加厚，得到随机金属网格，然后制备柔性薄膜；将柔性薄膜与随机金属网格一同从硬质生长基底上揭下，使得原本与硬质生长基底接触的平坦表面暴露出来，作为平坦化的超薄柔性电极的表面；本发明有效解决了金属网格摩尔纹及表面粗糙度的问题；通过将随机金属网格埋入柔性薄膜，使得随机金属网格的厚度不再受限，能够在保证透明度的同时实现极高的导电性；同时，本发明能够基于透明电极实现超薄(5μm)超轻超高能质比的钙钛矿光伏器件。

技术领域

本发明涉及光电功能器件领域，具体涉及一种随机金属网格超薄柔性透明电极和光伏器件及其制备方法。

背景技术

既透明，又导电的透明电极材料在各种各样的光电器件中举足轻重，广泛应用于光伏电池、光电探测器、液晶显示器、发光二极管(LED)等产品之中。氧化铟锡(ITO)是目前最常使用的透明电极材料，但由于其刚性易碎、高透明度下导电性能不佳等原因，在需要高导电率的大面积应用场景，特别是大面积柔性应用场景下表现不佳。

相比而言，金属网格具有较高的透光性和导电性，其透明度可由占空比精确调控，导电性可由占空比、线宽和厚度精确调控；且柔性衬底上的金属网格抗弯折性能比ITO更优。但金属网格通常受到较大表面起伏的困扰——有金属存在的网格区域地势高，无金属存在的网眼区域地势低，对器件形貌造成影响，甚至引起短路。且传统金属网格为周期性网格，将引入摩尔纹问题，限制其在显示器、照相机、光学传感元器件中的应用。此外，传统网格电极需要使用成本高昂的光刻技术来制备，导致其价格偏高。最后，传统柔性电极衬底厚度约50～100微米，相比于其上1微米左右厚度的有效光电功能层，电极衬底存在大量无效重量，不利于器件轻量化和能质比的提升。

发明内容

针对以上现有技术问题中存在的问题，本发明提出了一种随机金属网格超薄柔性透明电极和光伏器件及其制备方法，能够完美解决金属网格摩尔纹及表面平坦化的问题，且厚度在5微米以下。

本发明的一个目的在于提出一种随机金属网格超薄柔性透明电极和光伏器件。

本发明的随机金属网格超薄柔性透明电极包括：在硬质生长基底上制备形成牺牲层；加热牺牲层，控制加热的温度和时间，使得牺牲层随机龟裂，产生缝隙；通过物理气相沉积(PVD)法在牺牲层上制备金属，在牺牲层的表面以及随机龟裂的缝隙之间的硬质生长基底上形成金属层；刻蚀除去牺牲层，生长在牺牲层上的金属层一同被除去，生长在硬质生长基底上的金属层被保留下来，从而得到形成在硬质生长基底上的随机金属网格模板；在随机金属网格模板上电镀金属，增加厚度至700～900nm，得到随机金属网格；在具有随机金属网格的硬质生长基底上采用化学气相沉积(CVD)法制备致密均匀的柔性薄膜；将柔性薄膜与随机金属网格一同从硬质生长基底上揭下，使得原本与硬质生长基底接触的平坦表面暴露出来，作为平坦化的超薄柔性电极的表面。

硬质生长基底采用玻璃衬底、石英衬底或硅衬底。

牺牲层采用金属氧化物，例如氧化钛、氧化铝、氧化锌。

金属层采用不与钙钛矿材料发生反应的金属，为金(Au)、银(Ag)、铝(Al)、镍(Ni)和钛(Ti)中的一种或多种的合金材料。

柔性薄膜采用Parylene-C(聚2-氯对二甲苯)，Parylene-D(聚2，5-二氯对二甲苯)，Parylene-N(聚对二甲苯)、Parylene VT4(聚2,3,5,6-四氟对二甲苯)、Parylene AF4(聚1,1’,4,4’-四氟对二甲苯)或Parylene AF8(聚1,1’,2,3,4,4’,5,6-八氟对二甲苯)。