一种钙钛矿太阳能电池中透明电极的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种钙钛矿太阳能电池中透明电极的制备方法及应用，属于透明导电薄膜技术领域。该方法包括以下步骤：采用功率为2～10W的直流溅射在电池基片的缓冲层表面沉积厚度为5～15nm的透明导电薄膜形成透明电极缓冲层；采用射频溅射在所述透明电极缓冲层表面继续沉积透明导电薄膜形成透明电极薄膜层。本发明专利技术的方法在溅射透明导电薄膜之前采用超低频直流溅射替代射频溅射制备超薄透明电极缓冲层，达到对电池光电学性能影响较小的情况下有效降低射频溅射对电池基片表面和内部材料的溅射损伤，降低接触电阻，使得电池性能提高且光学性能优异。光学性能优异。光学性能优异。

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳能电池中透明电极的制备方法及应用


[0001]本专利技术属于透明导电薄膜
和太阳能电池
，具体涉及一种钙钛矿太阳能电池中透明电极的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳能电池(PSCs)作为极具发展潜力的新型太阳能电池，自首次出现就备受关注。其中，半透明钙钛矿太阳能电池因在进行能量转换的同时兼具装饰效果，以及钙钛矿/硅两端叠层太阳能电池具有较高的光电转换效率而受到广泛关注与研究。透明导电氧化物(TCO)薄膜由于具有较低的电阻率和可见光范围内的高透过率，在触摸屏、光学涂层以及薄膜太阳能电池等方面具有广阔的应用前景。特别是在钙钛矿太阳能电池领域，TCO薄膜作为透明电极是电池中的重要一环。在众多的TCO薄膜中，氧化铟锡(ITO)由于具有高导电率、高可见光透过率以及良好的化学稳定性等优良特性，被广泛用作透明电极。
[0003]除了ITO材料本身的性能外，其制备工艺对电池的影响也至关重要。现有沉积ITO薄膜的技术一般包括磁控溅射、真空蒸发、化学气相沉积等方法。其中，磁控溅射技术因工艺稳定且重复性高，可大面积制备等特点被广泛研究与应用，用于制备高质量的ITO薄膜。然而，在通过磁控溅射在PSCs基片表面沉积ITO的过程中，高频溅射产生的氩离子的能量过高，对PSCs基片的轰击较大，导致电池效率等电性能大幅度衰减，限制了钙钛矿太阳能电池的商业化进程。为了解决溅射损伤的问题，通常采用在制备透明电极之前，在电池基片表面通过原子层沉积或真空蒸发等方式沉积一层缓冲层，以缓解高能溅射能量对电池基片上的钙钛矿光吸收层和电子传输层等功能材料的损伤。但该方法对电池电性能的提升仍然有限。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术在制备透明电极过程中存在对电池基片上材料的溅射损伤，导致电性能大幅度衰减，从而提供解决上述技术问题的一种钙钛矿太阳能电池中透明电极的制备方法及应用。
[0005]本专利技术的技术方案：
[0006]一种钙钛矿太阳能电池中透明电极的制备方法，包括以下步骤：采用功率为2～10W的直流溅射在电池基片的缓冲层表面沉积厚度为5～15nm的透明导电薄膜形成透明电极缓冲层；采用射频溅射在所述透明电极缓冲层表面继续沉积透明导电薄膜形成透明电极薄膜层。
[0007]所述直流溅射和/或射频溅射所用的靶材的直径为10～18cm。
[0008]靶材的直径为10～18cm时，2～10W的直流溅射的靶材功率密度为0.008W/cm2～0.127W/cm2。
[0009]优选的，所述直流溅射的功率为2～6W；更优选为3W。
[0010]优选的，所述射频溅射的功率为50～150W；更优选为100W。
[0011]靶材的直径为10～18cm，50～150W的射频溅射靶材功率密度为0.197W/cm2～1.911W/cm2。
[0012]所述透明电极薄膜层的厚度为80～120nm。
[0013]所述缓冲层为金属氧化物薄膜；优选的，所述金属氧化物薄膜为氧化锡薄膜或氧化钼薄膜。
[0014]所述缓冲层的厚度为15
‑
20nm。
[0015]所述直流溅射和射频溅射所用的靶材均为透明导电氧化物陶瓷靶材；优选的，所述透明导电氧化物陶瓷靶材选自ITO靶材、IZO靶材、AZO靶材或AGO靶材中任一种；优选的，所述透明导电氧化物陶瓷靶材为ITO靶材。
[0016]所述直流溅射和射频溅射所用设备为磁控溅射仪；在溅射之前对磁控溅射仪的反应腔室抽真空，并向反应腔室通入氩气，在溅射过程中持续通入氩气；优选的，所述氩气流量为30～50sccm，反应腔室压强为0.2～1.0Pa；优选的，所述反应腔室内的温度为室温。
[0017]所述的制备方法在钙钛矿太阳能电池中的应用。
[0018]所述钙钛矿太阳能电池包括设置在电池基片上的钙钛矿光吸收层，所述钙钛矿光吸收层的钙钛矿材料选自有机
‑
无机杂化钙钛矿材料、全无机钙钛矿材料中任一种；所述钙钛矿材料中的无机组分选自铅、锡、铅锡混合中任一种。
[0019]所述钙钛矿太阳能电池的结构选自反式结构、正式结构中任一种。
[0020]在反式结构的钙钛矿太阳能电池中，电池基片从下至上依次包括导电玻璃电极、空穴传输层、钙钛矿光吸收层、电子传输层和缓冲层，透明电极层沉积在缓冲层远离导电玻璃电极一侧表面；在正式结构的钙钛矿太阳能电池中，电池基片从下至上依次包括导电玻璃电极、电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层和缓冲层，透明电极层沉积在缓冲层远离导电玻璃电极一侧表面。
[0021]所述的制备方法在钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池中的应用。
[0022]所述钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池包括底电池和顶电池，所述底电池为晶硅电池，所述顶电池为钙钛矿太阳能电池。
[0023]作为顶电池的所述钙钛矿太阳能电池包括设置在电池基片上的钙钛矿光吸收层，所述钙钛矿光吸收层的钙钛矿材料选自有机
‑
无机杂化钙钛矿材料、全无机钙钛矿材料中任一种；所述钙钛矿材料中的无机组分选自铅、锡、铅锡混合中任一种。
[0024]作为顶电池的所述钙钛矿太阳能电池的结构选自反式结构、正式结构中任一种。
[0025]所述晶硅电池选自硅异质结电池、TOP
‑
Con电池、POLO电池、DASH电池、同质结电池中的任一种；优选的，所述同质结电池选自PERC电池、PERL电池、PERT电池中任一种。
[0026]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0027]1、本专利技术设计的一种钙钛矿太阳能电池透明电极的制备方法，通过首先采用超低功率直流溅射替代射频溅射制备超薄透明电极缓冲层，降低了透明电极与电池基片的接触电阻，达到有效提高电池电性能的效果。
[0028]现有技术通过在电池基片上设置缓冲层对电池电性能提升有限，这可能是由于尽管缓冲层缓解了磁控溅射过程中对电池基片下层材料例如钙钛矿吸收层的损伤，但是对电池基片的表面损伤仍然存在，导致透明电极与电池基片之间的接触电阻增加，最终导致电池电性能较低。本申请的方法由于首先利用2～10W超低功率直流溅射透明电极缓冲层，溅
射能量极低，对电池基片下层和表面材料的溅射损伤极低，增加了透明电极层与电池基片的结合紧密性，从而降低透明电极与电池基片之间的接触电阻；同时透明电极缓冲层厚度超薄(5～15nm)，达到降低接触电阻的同时对光性能的影响较小的效果，且可进一步降低射频溅射对电池基片的损伤。因此，本专利技术的方法采用超低频直流溅射制备超薄透明电极缓冲层，降低了电池基片下层材料的溅射损伤，同时降低了对电池基片表面材料的溅射损伤，从而降低了透明电极与电池基片的接触电阻，实现了电池的光电转换效率提高且光学性能优良的效果。
[0029]通常直流溅射模式用于沉积金属等导体薄膜，不宜用于导电氧化物等半导体薄膜的制备，容易产生靶中毒现象(采用金属靶材时)或造成等离子体熄灭(采用陶瓷靶材时)。但本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池中透明电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：采用功率为2～10W的直流溅射在电池基片的缓冲层表面沉积厚度为5～15nm的透明导电薄膜形成透明电极缓冲层；采用射频溅射在所述透明电极缓冲层表面继续沉积透明导电薄膜形成透明电极薄膜层。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述直流溅射和/或射频溅射所用的靶材的直径为10～18cm。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述直流溅射的功率为2～6W。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述射频溅射的功率为50～150W；和/或，所述透明电极薄膜层的厚度为80～120nm。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述缓冲层为金属氧化物薄膜；优选的，所述金属氧化物薄膜为氧化锡薄膜或氧化钼薄膜；和/或，所述缓冲层的厚度为15
‑
20nm。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述直流溅射和射频溅射所用的靶材均为透明导电氧化物陶瓷靶材；优选的，所述透明导电氧化物陶瓷靶材选自ITO靶材、IZO靶材、AZO靶材或AGO靶材中任一种；优选的，所述透明导电氧化物陶瓷靶材为ITO靶材；和/或，所述直流溅射和射频溅射所用设备为磁控溅射仪；在溅射之前对磁控溅射仪的反应腔室抽真空，并向反应腔室通入氩气，在溅射过程中持续通入氩气；优选的，所述氩气流量为3...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨静，刘冬雪，张晓丹，孙天歌，董一昕，贡永帅，邹巧娇，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：