一种高导电高透光电极及其制备和应用制造技术

本发明专利技术公开了一种高导电高透光电极及其制备和应用。本发明专利技术使用真空热蒸发的方法，通过在三氧化钼或三氧化钨薄膜上生长金属纳米网，以达到较好的电导性和透光性。本发明专利技术所展示的制备方法操作简单，成本较低，环境友好及重复性好。重复性好。重复性好。

【技术实现步骤摘要】
一种高导电高透光电极及其制备和应用


[0001]本专利技术属于光电材料
，具体涉及一种使用真空热蒸发金属制备透明电极的新方法。

技术介绍

[0002]多结叠层光伏电池是解决目前光伏电池领域Shockley-Queisser极限的有效途径。多结叠层电池由具有不同禁带宽度的半导体子电池在太阳光入射方向叠加组成。太阳光先经过宽带隙子电池，短波长光子被吸收。未被宽带隙子电池吸收的长波长光子将穿过宽带隙子电池，到达底部窄带隙子电池而被利用。根据子电池数量的不同，可以分为两结叠层电池、三结叠层电池、四结叠层电池
……
等。对于叠层电池，一个非常重要的部分是透明电极。目前制备透明电极的方法有：磁控溅射透明导电氧化物法，涂布银纳米线法，化学气相沉积氧化石墨烯法等。
[0003]磁控溅射导电氧化物法是在真空腔室内，利用高能氩离子轰击靶材，使靶材溅射，从而在基片上形成薄膜。涂布银纳米线法是将银纳米线以喷涂或者机械转移的方法在基板上形成薄膜。然而，磁控溅射的轰击能量太高，会破坏基板上的有机层；喷涂和机械转移的银纳米线重复性不好；化学气相沉积的氧化石墨烯电阻过高。这些都会影响最终得到的器件的性能。
[0004]用一种简单、经济的方法制备兼具良好的电导性以及透光性的电极是制备半透明电池的关键。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于用一种简单、经济的方法制备透明电极，其具有良好的导电性和透光性，并且工艺条件温和，对基板无破坏性。
[0006]三氧化钼表面张力约201mN/m，三氧化钨表面张力约216mN/m。(参考文献：C.R.Ambbrg,J.Am.Ceram.Soc.1946,29,87)
[0007]本专利技术的主要步骤如下：
[0008]1、在基板上热蒸发三氧化钼(钨)；
[0009]2、在三氧化钼(钨)上热蒸发数纳米金属；
[0010]3、在上述金属薄膜上热蒸发三氧化钼或其它能达到减少反射或者减少吸收的材料(如氟化镁、氮化硅等),可以是单层膜，也可以是多层膜。
[0011]透明电极的结构如图1所示；透明电极由多层结构组成，使用热蒸发金属的方法制备透明电极，根据金属在表面张力大的物质表面的Frank-van der Merve生长模式，其在5-9纳米厚度时形成纳米筛状金属网；通过控制金属薄膜的厚度，可以得到兼具高导电性与透光性的透明电极。
[0012]纳米筛状金属层的底层为大表面张力、高透光低电阻型过渡金属氧化物薄膜；纳米筛状金属层上方也可以使用低折射率、低消光系数的材料，包括但不限于氟化镁、氮化硅
的等可以减少薄膜反射的材料。
[0013]一种高导电高透光电极，：
[0014]包括层叠的底层和高导电高透光的金属层构成的双层电极，或层叠的底层、高导电高透光的中间金属层和减反射上层构成的三明治型电极；
[0015]所述底层采用的物质包括P型半导体材料中的三氧化钼，三氧化钨中的一种或二种以上；
[0016]金属层所用的金属包括金、银、铜、铂中的一种或二种以上，纳米筛状金属层的厚度为5纳米至9纳米范围(优选6-8纳米，最优7纳米)。
[0017]底层氧化物的厚度为10纳米至40纳米范围(优选20-40纳米，最优30 纳米)。
[0018]上层氧化物的厚度为40纳米至90纳米范围(优选50-90纳米，最优80 纳米)，上层采用的物质包括三氧化钼、三氧化钨中的一种或二种以上。
[0019]于双层电极的金属层或三明治型电极的上层上方设有最外层薄膜，其可以是由一种材料组成的单一材料单层膜，也可以是由二种以上材料组成的多种材料单层膜，或也可以是由单一材料单层膜和/或多种材料单层膜层叠组成的多层膜，最外层膜的厚度在30纳米至300纳米范围(优选70-150 纳米，最优100纳米)；所述材料为氟化镁、氮化硅中的一种或二种以上。
[0020](1)金属层为高导电高透光的纳米筛状金属层，其网状连接提供高导电功能，其孔洞提供高透光功能；
[0021](2)双层电极的底层提供大表面张力以促使纳米筛状金属层的生长；或，三明治型电极的纳米筛状金属层两边有高透光低电阻型过渡金属氧化物薄膜，其底层提供大表面张力以促使纳米筛状金属层的生长，其上层结构设计提供减反射性能；
[0022](3)纳米筛状金属层的结构呈网状；其孔径约10纳米至20纳米之间。
[0023]所述电极的制备方法：
[0024]热蒸发蒸镀底层条件：真空值2～8
×
10-4
Pa，蒸发速率：优选
[0025]根据不同材料的升华温度的不同，采用不同的加热方式(温度)；
[0026]其中蒸发三氧化钼放置于陶瓷坩埚中，使用电阻丝加热，温度 500～600℃，优选530～560℃；
[0027]三氧化钨使用镀膜钨舟加热，根据钨舟电阻值的不同，调整经过钨舟的电流，使三氧化钨达到升华温度；
[0028]热蒸发金属层条件：真空值1～9
×
10-4
Pa(优选6～8
×
10-4
Pa)，使用镀膜钨舟加热金属材料，根据钨舟的电阻值，通过控制经过钨舟的电流值来加热金属，以达到金属蒸发的温度，蒸发速率：(优选)。
[0029]蒸发最外层膜条件：真空值1～20
×
10-4
Pa(优选6
×
10-4
Pa)，蒸发速率：(优选)。根据材料性质的不同采用不同的加热方式。蒸镀MgF2时，使用镀膜钨舟加热。根据钨舟的电阻值，控制经过钨舟的电流大小，使达到MgF2蒸发温度。蒸镀SiN时，使用电子束加热蒸发，通过控制电子枪的束流大小，使达到SiN的蒸发温度。
[0030]所述电极作为正极在多结叠层光伏电池中的应用。
[0031]本专利技术使用真空热蒸发的方法，通过在三氧化钼或三氧化钨薄膜上生长金属纳米
网，以达到较好的电导性和透光性。本专利技术所展示的制备方法操作简单，成本较低，环境友好及重复性好。
[0032]本专利技术具有如下优点：
[0033]1、热蒸发能耗小，成本较低，且操作方便，重复性好；
[0034]2、金属种类多，可选择金，银，铜、铂等；
附图说明
[0035]图1透明电极结构示意图；
[0036]图2 MoO3/Au电极的(a)透光性及(b)方块电阻；
[0037]图3 MoO3/Au/MoO3结构透明电极透过光谱随最外层MoO3厚度的变化关系；
[0038]图4 MoO3/Au/MgF2电极透过光谱随最外层氟化镁厚度的变化关系；
[0039]图5 MoO3/Au/MoO3/MgF2电极透过光谱随最外层氟化镁厚度的变化关系；
[0040]图6(a)三氧化钼上7nm金的扫描电镜照片，(b)半透明MAPbI3钙钛矿太阳能电池的透过光谱，(c)半透明电池结构示意图。
具体实施方式
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高导电高透光电极，其特征在于：包括层叠的底层和高导电高透光的金属层构成的双层电极，或层叠的底层、高导电高透光的中间金属层和减反射上层构成的三明治型电极；所述底层采用的物质包括P型半导体材料中的三氧化钼，三氧化钨中的一种或二种以上；金属层所用的金属包括金、银、铜、铂中的一种或二种以上，纳米筛状金属层的厚度为5纳米至9纳米范围(优选6-8纳米，最优7纳米)。2.根据权利要求1所述的电极，其特征在于：底层氧化物的厚度为10纳米至40纳米范围(优选20-40纳米，最优30纳米)。3.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，上层氧化物的厚度为40纳米至90纳米范围(优选50-90纳米，最优80纳米)，上层采用的物质包括三氧化钼、三氧化钨中的一种或二种以上。4.根据权利要求1、2或3所述的电极，其特征在于，于双层电极的金属层或三明治型电极的上层上方设有最外层薄膜，其可以是由一种材料组成的单一材料单层膜，也可以是由二种以上材料组成的多种材料单层膜，或也可以是由单一材料单层膜和/或多种材料单层膜层叠组成的多层膜，最外层膜的厚度在30纳米至300纳米范围(优选70-150纳米，最优100纳米)；所述材料为氟化镁、氮化硅中的一种或二种以上。5.根据权利要求1、2或3所述的电极，其特征在于：(1)金属层为高导电高透光的纳米筛状金属层，其网状连接提供高导电功能，其孔洞提供高透光功能；(2)双层电极的底层提供大表面张力以促使纳米筛状金属层的生长；或，三明治型电极的纳米筛状金属层两边有高透光低电阻型过渡金属氧化物薄膜，其底层提供大表面张力以促使纳米筛状金属层的生长，其上层结构设计提供减反射性能；(3)纳米筛状金属层的结构呈网状；其孔径约10纳米至20纳米之间。6.一种权利要求1-5任一所述电极的制备方法，其特征在于：热蒸发蒸镀底层条件：真空值2～8
×...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘生忠，王子瑜，杨栋，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：