CN104600207A - 透明电极及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种透明电极及其制备方法与应用，属于透明电极技术领域。解决了现有技术中金属氧化物柔性电极不耐弯折并且导电性能较差的技术问题。该透明电极包括从下至上依次排列的柔性基底和导电层，导电层上刻蚀有金属网栅结构的凹槽，刻蚀深度至柔性基底的上表面，且金属网栅结构的凹槽中沉积有金属，沉积的金属形成金属栅极。该电极基本保持了透明电极在可见光区的透过率，降低了透明电极的表面电阻，在可见光区域的透过率为70％-85％，表面方阻为3Ω/□-12Ω/□；增加了透明电极的弯折性能，且透明电极在弯折之后也可以保持较好的导电性，本发明的透明电极经400次弯折表面方阻升高在10％以下，导电性基本没有下降。
Description
技术领域
本发明属于透明电极技术领域，具体涉及一种透明电极及其制备方法与应用。
背景技术
基于金属氧化物(如：ITO，FTO，AZO等)的柔性透明电极主要由柔性基底和导电层组成，具有高可见光透过率，被广泛用于有机太阳能电池和发光二极管等柔性电子器件中。但是这种柔性透明电极仍然存在一些问题：一方面，由于柔性基底的材料一般采用高分子聚合物，如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)等，不耐高温，限制了导电层的高温后处理工艺，所以柔性透明电极和玻璃基底的透明电极相比，导电率较低；另一方面，导电层采用金属氧化物等无机材料，如，掺锡氧化铟(ITO)，具有脆硬的特点，与柔性基底的机械性能不匹配，在弯折时容易断裂，弯曲后导电性能急剧下降。
为解决上述问题，现有技术中，在柔性基底上沉积导电高分子PEDOT(3,4-乙撑二氧噻吩单体的聚合物)，之后在导电高分子PEDOT上磁控溅射ITO层。通过PEDOT层的柔性可以一定程度的改善电极的弯折性，但是PEDOT层导电性仍较差，同时会降低透光性，电极整体性能并不佳(Flexible PEDOT:PSS/ITOhybrid transparent conducting electrode for organic photovoltaics，Solar EnergyMaterials&Solar Cells 115(2013)71–78)。因此，解决金属氧化物柔性电极不耐弯折的问题，同时保持或者提高金属氧化物电极优良的透光性和导电性，对扩展其应用，具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中金属氧化物柔性电极不耐弯折并且导电性能较差等技术问题，提供了一种透明电极及其制备方法与应用。
本发明的透明电极，包括从下至上依次排列的柔性基底和导电层，所述导电层上刻蚀有金属网栅结构的凹槽，刻蚀深度至柔性基底的上表面，且金属网栅结构的凹槽中沉积有金属，沉积的金属形成金属栅极。
优选的是，所述柔性基底的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或者聚酰亚胺(PI)，导电层的材料为掺锡氧化铟(ITO)、掺氟二氧化锡(FTO)或者掺铝氧化锌(AZO)，导电层的厚度为50nm-200nm。
优选的是，所述金属栅极的结构为栅栏结构或者栅格结构，所述栅格结构的栅格图案为正方形、长方形或者正六角蜂窝形。
优选的是，所述金属栅极的栅线线宽为50μm-200μm，距离最近的两条平行栅线的距离为0.4mm-5mm，导电层被刻蚀的体积占导电层总体积的3％-15％。
优选的是，所述金属为铝、银、铜、金、镍、铂、锌、锡、铁、钴、锰、钼、钛或者合金。
本发明的透明电极的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、在金属氧化物透明电极的导电层上沉积水溶性导电聚合物，得到聚合物薄膜；
所述金属氧化物透明电极包括从下至上依次排列的柔性基底和导电层；
步骤二、采用激光刻蚀工艺在聚合物薄膜上刻蚀金属网栅结构的凹槽，刻蚀深度达到柔性基底的上表面；
所述激光刻蚀的线速度为400mm/s-1500mm/s，工作功率为0.8W-4.7W；
步骤三、在未刻蚀的聚合物薄膜的上表面和刻蚀后裸露的柔性基底的上表面上沉积厚度为100nm-200nm的金属层，形成金属栅极；
步骤四、将带有金属栅极的金属氧化物透明电极放入去离子水中超声，除去未刻蚀的聚合物薄膜及未刻蚀的聚合物薄膜上的金属层，得到透明电极。
优选的是，所述步骤一中，水溶性导电聚合物为PEDOT:PSS。
优选的是，所述步骤一中，沉积的聚合物薄膜的厚度为50nm-500nm。
优选的是，所述步骤四中，超声时间为10s-15s。
本发明还提供上述透明电极在制备太阳能电池中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明的透明电极将金属栅极嵌入导电层中，保持了透明电极在可见光区的透过率，降低了透明电极的表面电阻，在可见光区域的透过率为70％-85％，表面方阻为3Ω/□-12Ω/□；增加了透明电极的弯折性能，且透明电极在弯折之后也可以保持较好的导电性，本发明的透明电极经400次弯折表面方阻升高在10％以下，导电性基本没有下降；另外，嵌入式的结构不存在金属栅极突出的问题，能够满足有机太阳能电池和发光二极管等柔性电子器件的制备需求；
2、本发明的透明电极采用的制备方法，简单快捷，制备效率高，所需设备成本低，且制备的透明电极的面积没有限制，可实现大规模批量加工，易于大规模产业化。
3、应用本发明的透明电极制备的太阳能电池具备良好的性能。
附图说明
图1为本发明透明电极的结构示意图；
图2为本发明实施例1和实施例4的透明电极的俯视图；
图3为本发明实施例2的透明电极的俯视图；
图4为本发明实施例3和实施例5的透明电极的俯视图；
图5为本发明实施例6的透明电极的俯视图；
图6为本发明制备透明电极的工艺流程图；
图7为本发明的透明电极制备的太阳能电池的结构示意图；
图8为本发明实施例7的太阳能电池的电流-电压特性曲线；
图9为本发明实施例8的太阳能电池的电流-电压特性曲线；
图中，1、基底，2、导电层，3，金属栅极，4、聚合物薄膜，5、金属层，6、空穴传输层，7、光敏层，8、电子传输层，9、金属电极，10、连接片。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面结合具体实施方式对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明权利要求的限制。
如图1所示，本发明的透明电极包括从下至上依次排列的柔性基底1和导电层2，其中，导电层2上刻蚀有金属网栅结构的凹槽，刻蚀深度到达柔性基底1的上表面上，刻蚀体积占导电层2总体积的3％-15％；金属网栅结构的凹槽中沉积有金属，沉积的金属形成金属栅极3。该透明电极在可见光区域的透过率为70％-85％，表面方阻为3Ω/□-12Ω/□，且上表面为平面，没有明显突出。经400次弯折表面方阻升高在10％以下。
本发明中，柔性基底1的材料可以为PET、PI等。导电层2的材料可以为ITO、FTO或者AZO，厚度为50nm-200nm。金属可以为铝、银、铜、金、镍、铂、锌、锡、铁、钴、锰、钼和钛中的一种，也可以为合金，金属栅极3的厚度也为50nm-200nm，且与导电层2的厚度相同。
金属网栅结构(即金属栅极3的结构)没有特殊限制，现有技术中的金属网栅结构皆可实现，可以为栅栏结构或者栅格结构。如为栅栏结构，如图2所示，金属网栅结构由多条平行的栅线和两个连接片10组成，多条平行的栅线的顶端连接在一个连接片10上，多条平行的直线的底端连接在另一连接片10上，栅线间距为相邻的两条平行栅线间的距离。如为栅格结构，如图3-5所示，栅格可以为正方形、长方形、正六角蜂窝状等；如为正方形，如图5所示，金属网栅结构由相互垂直的两组平行栅线组成，相邻的两条平行直线的间距皆相等，边缘轮廓为正方形，栅线间距为相邻且平行的两条栅线之间的距离；如为正六角蜂窝形，如图3和图4所示，金属网栅结构即为蜂窝结构，栅线间距为正六角蜂窝形的平行对边之间的距离；金属网栅结构的栅线宽度为50μm-200μm，距离最近的两条平行栅线的距离为0.4mm-5mm，最小精度决定于激光刻蚀工艺。
如图6所示，本发明的透明电极的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、清洗后，在金属氧化物透明电极的导电层2的上表面上沉积水溶性导电聚合物，得到聚合物薄膜，厚度为50nm-500nm，优选为200nm；
其中，透明电极主要由柔性基底1和导电层2组成，柔性基底1的材料可以为PET、PI等；导电层2的材料可以为ITO、FTO或者AZO，厚度为50nm-200nm，优选金属氧化物透明电极为ITO/PET透明电极；水溶性导电聚合物可以为PEDOT:PSS；
沉积方法可选用旋涂、喷涂、刮涂、丝网印刷等，优选旋涂和喷涂；
步骤二、采用激光刻蚀工艺在聚合物薄膜4上刻蚀金属网栅结构的凹槽，刻透导电层2，刻蚀深度达到柔性基底1的上表面；
其中，激光刻蚀工艺的线速度为400mm/s-1500mm/s，工作功率为0.8W-4.7W；如果线速度小于400mm/s，激光刻蚀点过于密集，损坏柔性基底1，如果线速度大于1500mm/s，激光刻蚀点过于稀疏，无法连续成线；工作功率小于0.8W，激光能量低于导电层2的刻蚀阈值，无法刻蚀，工作功率大于4.7W，激光能量较大，损坏柔性基底1，造成柔性基底1变形；
导电层2被刻蚀的体积占导电层2总体积的3％-15％，金属网栅结构没有特殊限制，现有技术中的金属网栅结构皆可实现，可以为栅栏结构或者栅格结构；如为栅栏结构，如图2所示，金属网栅结构由多条平行的栅线和两个连接片10组成，多条平行的栅线的顶端连接在一个连接片10上，多条平行的直线的底端连接在另一连接片10上，栅线间距为相邻的两条平行栅线间的距离；如为栅格结构，如图3-5所示，栅格可以为正方形、长方形、正六角蜂窝状等；如为正方形，如图5所示，金属网栅结构由相互垂直的两组平行栅线组成，相邻的两条平行直线的间距皆相等，边缘轮廓为正方形，栅线间距为相邻且平行的两条栅线之间的距离；如为正六角蜂窝形，如图3和图4所示，金属网栅结构即为蜂窝结构，栅线间距为正六角蜂窝形的平行对边之间的距离；金属网栅结构的栅线宽度为50μm-200μm，距离最近的两条平行栅线的距离为0.4mm-5mm，最小精度决定于激光刻蚀工艺；
步骤三、在未刻蚀的聚合物薄膜4的上表面和刻蚀后裸露的柔性基底1的上表面沉积金属层5，金属层5的厚度与导电层2的厚度相同，沉积在裸露的柔性基底1表面的金属层5形成金属栅极3；
其中，金属层5的材料可以为铝、银、铜、金、镍、铂、锌、锡、铁、钴、锰、钼、钛或者合金，优选为铝或银，也可以为合金；
沉积方法可以为真空蒸镀、刮涂、丝网印刷、喷涂等，优选真空蒸镀；
步骤四、将带有金属栅极3的透明电极放入去离子水中超声，除去未刻蚀的聚合物薄膜4及其上的金属层5，超声时间一般为10s-15s，清洗，得到透明电极，该透明电极在可见光区域的透过率为70％-85％，表面方阻为3Ω/□-12Ω/□，且上表面为平面，没有明显突出。经400次弯折表面方阻升高在10％以下。
本发明制备的透明电极可用于制备太阳能电池，其具体方法与现有技术中透明电极制备太阳能电池的方法相同。即在透明电极的上表面从下至上依次制备空穴传输层6、光敏层7、电子传输层8和金属电极9，如图7所示；制备方法可以为真空蒸镀、刮涂、喷涂等，空穴传输层6的材料可以为PEDOT:PSS，厚度可以为20nm-60nm；光敏层7的材料可以为聚噻吩或窄带隙聚合物，如PBDT-TFQ(合成方法见文献:Prominent Short-Circuit Currents of FluorinatedQuinoxaline-Based Copolymer Solar Cells with a Power Conversion Efficiency of8.0％.CHEMISTRYOF MATERIALS卷:24期:24页)，厚度可以为100nm-150nm；电子传输层8的材料可以为Ca，厚度可以为15nm-20nm；金属电极9的材料可以为Al，厚度可以为100nm-200nm。
本发明中，PEDOT:PSS为一种高分子聚合物的水溶液，主要由PEDOT和PSS两种物质构成，PEDOT是EDOT(3，4-乙撑二氧噻吩单体)的聚合物，PSS是聚苯乙烯磺酸盐。可以通过商购获得。本实施方式中所使用的PEDOT:PSS的型号为Al4083，旋涂可以直接使用Al4083，喷涂墨水配方为：PEDOT:PSS体积分数18％，去离子水体积分数9％，异丙醇体积分数为73％。
以下结合实施例进一步说明本发明。
实施例1
金属栅极ITO透明电极的制备方法：
步骤一、PEDOT:PSS薄膜制备：
将ITO/PET透明电极的导电层2依次用去离子水、异丙醇和丙酮清洗后，高纯氮气吹干，在紫外臭氧处理机中处理20min，然后置于旋涂仪托台上，在2000rpm转速下旋涂50nm厚的PEDOT:PSS薄膜；其中，ITO/PET透明电极的柔性基底1为PET，导电层2为180nm厚的ITO，ITO/PET透明电极的上表面面积为30mm×30mm；
步骤二、激光刻蚀金属网栅结构的凹槽：
将旋涂有PEDOT:PSS薄膜的透明电极置于激光打标机工作台上，使用激光打标机在PEDOT:PSS薄膜上刻蚀金属网栅结构的凹槽，刻蚀深度至柔性基底1的上表面；金属网栅结构为栅栏结构，线宽为0.1mm，相邻两条栅线的间距为1mm；刻蚀的导电层2的体积占导电层2总体积的10％，激光刻蚀所用的线速度为600mm/s，刻蚀所用工作电流为1.84W，其他参数为默认；
步骤三、金属栅极3的制备：
将刻有凹槽的透明电极置于真空蒸镀仪中，抽真空至3×10-4Pa后，在未刻蚀的PEDOT:PSS薄膜的上表面和刻蚀后裸露的柔性基底1的上表面热蒸镀厚度为180nm的金属铝层，形成金属栅极3；
步骤四、剥离金属铝层：
将蒸镀有金属铝层的透明电极置于去离子水中超声10s，除去未刻蚀的PEDOT:PSS薄膜及其上的金属铝层，取出，使用异丙醇和丙酮进行表面清洗，干燥后，得到金属栅极ITO透明电极，如图2所示。
在实施例1的金属栅极ITO透明电极的导电层2上印刷长度为1cm，间距为1cm的两条银浆，烘干后，使用欧姆表对实施例1的金属栅极ITO透明电极进行电阻测量。经测试，实施例1的金属栅极ITO透明电极的透光率为74％，面电阻为3.6Ω/□。
实施例2
金属栅极ITO透明电极的制备方法：
步骤一、PEDOT:PSS薄膜制备：
将用于制备电池模组的图案化ITO/PET透明电极的导电层2依次用去离子水、异丙醇和丙酮清洗后，高纯氮气吹干，在紫外臭氧处理机中处理20min，然后采用超声喷涂仪在导电层2的上表面喷涂沉积厚度为200nm的PEDOT:PSS薄膜；其中，喷涂工艺参数为0.3mL/min流量，20mm/s喷头移动速度，60mm喷头高度，3.5W超声功率，0.1MPA气流量，喷涂三遍；用于制备电池模组的图案化ITO/PET透明电极的柔性基底1为PET，导电层2为180nm厚的ITO，导电层2的图案为五个长边彼此平行的长方形，ITO/PET透明电极的上表面面积为90mm×90mm；
步骤二、激光刻蚀金属网栅结构的凹槽：
将旋涂有PEDOT:PSS薄膜的透明电极置于激光打标机工作台上，使用激光打标机在PEDOT:PSS薄膜上刻蚀金属网栅结构的凹槽，刻蚀深度至柔性基底1的上表面；金属网栅结构的栅格为正六角蜂窝形，线宽为0.1mm，正六角蜂窝形对边之间的距离为1.5mm，刻蚀的导电层2的体积占导电层2总体积的13％，激光刻蚀所用的线速度为600mm/s，刻蚀所用工作电流为1.84W，其他参数为默认；
步骤三、金属栅极3的制备：
将刻有凹槽的透明电极置于真空蒸镀仪中，抽真空至3×10-4Pa后，在未刻蚀的PEDOT:PSS薄膜的上表面和刻蚀后裸露的柔性基底1的上表面热蒸镀厚度为180nm的金属铝层，形成金属栅极3；
步骤四、剥离金属铝层：
将蒸镀有金属铝层的透明电极置于去离子水中超声15s，除去未刻蚀的PEDOT:PSS薄膜及其上的金属铝层，取出，使用异丙醇和丙酮进行表面清洗，干燥后，得到金属栅极ITO透明电极，如图3所示。
在实施例2的金属栅极ITO透明电极的导电层2上印刷长度为1cm，间距为1cm的两条银浆，烘干后，使用欧姆表对实施例2的金属栅极ITO透明电极进行电阻测量。经测试，实施例2的金属栅极ITO透明电极的透光率为72％，面电阻为5.2Ω/□。
实施例3
金属栅极ITO透明电极的制备方法：
步骤一、PEDOT:PSS薄膜制备：
将ITO/PI透明电极的导电层2依次用去离子水、异丙醇和丙酮清洗后，高纯氮气吹干，在紫外臭氧处理机中处理20min，然后超声喷涂仪在导电层2的上表面喷涂沉积厚度为100nm的PEDOT:PSS薄膜；其中，喷涂工艺参数为0.15mL/min流量，20mm/s喷头移动速度，60mm喷头高度，3.5W超声功率，0.1MPA气流量，喷涂三遍；ITO/PI透明电极的柔性基底1为PI，导电层2为100nm厚的ITO，ITO/PI透明电极的上表面面积为70mm×70mm；
步骤二、激光刻蚀金属网栅结构的凹槽：
将旋涂有PEDOT:PSS薄膜的透明电极置于激光打标机工作台上，使用激光打标机在PEDOT:PSS薄膜上刻蚀金属网栅结构的凹槽，刻蚀深度至柔性基底1的上表面；金属网栅结构的栅格为正六角蜂窝形，线宽为0.05mm，正六角蜂窝形对边之间的距离为2mm，刻蚀的导电层2的体积占导电层2总体积的5％，激光刻蚀所用的线速度为400mm/s，刻蚀所用工作电流为0.8W，其他参数为默认；
步骤三、金属栅极3的制备：
将刻有凹槽的透明电极置于真空蒸镀仪中，抽真空至3×10-4后，在未刻蚀的PEDOT:PSS薄膜的上表面和刻蚀后裸露的柔性基底1的上表面热蒸镀厚度为100nm的金属铝层，形成金属栅极3；
步骤四、剥离金属铝层：
将蒸镀有金属铝层的透明电极置于去离子水中超声12s，除去未刻蚀的PEDOT:PSS薄膜及其上的金属铝层，取出，使用异丙醇和丙酮进行表面清洗，干燥后，得到金属栅极ITO透明电极，结构如图4所示。
在实施例3的金属栅极ITO透明电极的导电层2上印刷长度为1cm，间距为1cm的两条银浆，烘干后，使用欧姆表对实施例3的金属栅极ITO透明电极进行电阻测量。经测试，实施例3的金属栅极ITO透明电极的透光率为83％，面电阻为11Ω/□。
实施例4
金属栅极ITO透明电极的制备方法：
步骤一、PEDOT:PSS薄膜制备：
将ITO/PET透明电极的导电层2依次用去离子水、异丙醇和丙酮清洗后，高纯氮气吹干，在紫外臭氧处理机中处理20min，然后置于旋涂仪托台上，在2000rpm转速下旋涂50nm厚的PEDOT:PSS薄膜；其中，ITO/PET透明电极的基底1为PET，导电层2为200nm厚的ITO，ITO/PET透明电极的上表面面积为50mm×50mm；
步骤二、激光刻蚀金属网栅结构的凹槽：
将旋涂有PEDOT:PSS薄膜的透明电极置于激光打标机工作台上，使用激光打标机在PEDOT:PSS薄膜上刻蚀金属网栅结构的凹槽，刻蚀深度至柔性基底1的上表面；金属网栅结构为栅栏结构，线宽为0.2mm，相邻的栅线间的距离为5mm，刻蚀的导电层2的体积占导电层2总体积的4％，激光刻蚀所用的线速度为1500mm/s，刻蚀所用工作电流为4.7W，其他参数为默认；
步骤三、金属栅极3制备：
将刻有金属网栅结构的透明电极置于真空蒸镀仪中，抽真空至3×10-4Pa后，在未刻蚀的PEDOT:PSS薄膜的上表面和刻蚀后裸露的柔性基底1的上表面热蒸镀厚度为200nm的金属银层，形成金属栅极3；
步骤四、剥离金属银层：
将蒸镀有金属银层的透明电极置于去离子水中超声15s，除去未刻蚀的PEDOT:PSS薄膜及其上的金属银层，取出，使用异丙醇和丙酮进行表面清洗，干燥后，在金属栅极3的上下两端印刷长度为1cm，宽度为1cm的两条银浆，烘干后，得到金属栅极ITO透明电极，如图2所示，得到金属栅极ITO透明电极。
在实施例4的金属栅极ITO透明电极的导电层2上印刷长度为1cm，间距为1cm的两条银浆，烘干后，使用欧姆表对实施例4的金属栅极ITO透明电极进行电阻测量。经测试，实施例4的金属栅极ITO透明电极的透光率为81％，面电阻为8Ω/□。
实施例5
金属栅极ITO透明电极的制备方法：
步骤一、PEDOT:PSS薄膜制备：
将ITO/PI透明电极的导电层2依次用去离子水、异丙醇和丙酮清洗后，高纯氮气吹干，在紫外臭氧处理机中处理20min，然后超声喷涂仪在导电层2的上表面喷涂沉积厚度为100nm的PEDOT:PSS薄膜；其中，喷涂工艺参数为0.15mL/min流量，20mm/s喷头移动速度，60mm喷头高度，3.5W超声功率，0.1MPA气流量，喷涂三遍；ITO/PI透明电极的柔性基底1为PI，导电层2为100nm厚的ITO，ITO/PI透明电极的上表面面积为70mm×70mm；
步骤二、激光刻蚀金属网栅结构的凹槽：
将旋涂有PEDOT:PSS薄膜的透明电极置于激光打标机工作台上，使用激光打标机在PEDOT:PSS薄膜上刻蚀金属网栅结构的凹槽，刻蚀深度至柔性基底1的上表面；金属网栅结构的栅格为正六角蜂窝形，线宽为0.75mm，正六角蜂窝形对边之间的距离为1mm，刻蚀的导电层2的体积占导电层2总体积的15％，激光刻蚀所用的线速度为400mm/s，刻蚀所用工作电流为1.1W，其他参数为默认；
步骤三、金属栅极3的制备：
将刻有凹槽的透明电极置于真空蒸镀仪中，抽真空至3×10-4后，在未刻蚀的PEDOT:PSS薄膜的上表面和刻蚀后裸露的柔性基底1的上表面热蒸镀厚度为100nm的金属铝层，形成金属栅极3；
步骤四、剥离金属铝层：
将蒸镀有金属铝层的透明电极置于去离子水中超声12s，除去未刻蚀的PEDOT:PSS薄膜及其上的金属铝层，取出，使用异丙醇和丙酮进行表面清洗，干燥后，得到金属栅极ITO透明电极，结构如图4所示。
对实施例5的金属栅极ITO透明电极弯折之后的导电性能进行测试，弯折曲率为7mm，结果如表1所示。可以看出，本发明制备的透明电极，经多次弯折面电阻也没有大幅提高。
实施例6
金属栅极ITO透明电极的制备方法：
步骤一、PEDOT:PSS薄膜制备：
将ITO/PI透明电极的导电层2依次用去离子水、异丙醇和丙酮清洗后，高纯氮气吹干，在紫外臭氧处理机中处理20min，然后超声喷涂仪在导电层2的上表面喷涂沉积厚度为100nm的PEDOT:PSS薄膜；其中，喷涂工艺参数为0.15mL/min流量，20mm/s喷头移动速度，60mm喷头高度，3.5W超声功率，0.1MPA气流量，喷涂三遍；ITO/PI透明电极的柔性基底1为PI，导电层2为100nm厚的ITO，ITO/PI透明电极的上表面面积为70mm×70mm；
步骤二、激光刻蚀金属网栅结构的凹槽：
将旋涂有PEDOT:PSS薄膜的透明电极置于激光打标机工作台上，使用激光打标机在PEDOT:PSS薄膜上刻蚀金属网栅结构的凹槽，刻蚀深度至柔性基底1的上表面；金属网栅结构的栅格为正方形，线宽为0.75mm，对边之间的距离为1mm，刻蚀的导电层2的体积占导电层2总体积的15％，激光刻蚀所用的线速度为400mm/s，刻蚀所用工作电流为1.1W，其他参数为默认；
步骤三、金属栅极3的制备：
将刻有凹槽的透明电极置于真空蒸镀仪中，抽真空至3×10-4后，在未刻蚀的PEDOT:PSS薄膜的上表面和刻蚀后裸露的柔性基底1的上表面热蒸镀厚度为100nm的金属铝层，形成金属栅极3；
步骤四、剥离金属铝层：
将蒸镀有金属铝层的透明电极置于去离子水中超声12s，除去未刻蚀的PEDOT:PSS薄膜及其上的金属铝层，取出，使用异丙醇和丙酮进行表面清洗，干燥后，得到金属栅极ITO透明电极，结构如图5所示。
对实施例6的金属栅极ITO透明电极弯折之后的导电性能进行测试，弯折曲率为7mm，结果如表1所示。可以看出，本发明制备的透明电极，经多次弯折面电阻也没有大幅提高。
实施例7
基于金属栅极ITO透明电极的聚合物太阳能电池的制备方法：
步骤一、将实施例1制备的金属栅极ITO透明电极在紫外臭氧清洗机中臭氧处理20min后，置于喷涂使用的模板架上，在透明电极上放置相应的掩模板(尺寸为15mm×15mm)，使用超声喷涂仪在透明电极的上表面喷涂厚度为50nm的PEDOT:PSS，在150℃的热台上退火20min，得到空穴传输层6；其中，喷涂使用的工艺参数为0.2mL/min流量，20mm/s喷头移动速度，60mm喷头高度，3.5W超声功率，0.4MPA气流量，喷涂两遍；
步骤二、使用超声喷涂仪在空穴传输层6的上表面喷涂PBDT-TFQ墨水，喷涂厚度为150nm，之后转移至手套箱内，在氮气气氛下，140℃退火10min，得到光敏层7；其中，喷涂使用的工艺参数为0.3mL/min流量，20mm/s喷头移动速度，60mm喷头高度，3.5W超声功率，0.4MPa气流量，喷涂两遍；
步骤三、将喷涂有空穴传输层6和光敏层7的透明电极转移至真空蒸镀仪中，抽真空至2×10-4Pa，使用面积为10mm×10mm的掩膜板，在光敏层7上依次热蒸镀30nm的Ca和150nm的Al，得到电子传输层8和金属电极9，完成聚合物太阳能电池的制备。电池的材料和结构从下至上依次为PET/Al金属栅极+ITO(180nm)/PEDOT:PSS(50nm)/PBDT-TFQ:PCBM[70](150nm)/Ca(30nm)/Al(150nm)。电池的有效面积由蒸镀金属Al电极的掩膜板面积控制，为1cm2。
将实施例7制备的聚合物太阳能电池在AM 1.5G模拟太阳光(辐照强度为100毫瓦/平方厘米)下测试，电池的性能参数如表1所示，测试所得电流-电压特性曲线(I-V曲线)如图8所示。
实施例8
基于金属栅极ITO透明电极的聚合物太阳能电池模组的制备方法：
步骤一、将实施例2制备的金属栅极ITO透明电极在紫外臭氧清洗机中臭氧处理20min后，置于喷涂使用的模板架上，在透明电极上放置相应的掩模板(尺寸为15mm×15mm)，使用超声喷涂仪在透明电极的上表面喷涂厚度为50nm的PEDOT:PSS，在150℃的热台上退火20min，得到空穴传输层6；其中，喷涂使用的工艺参数为0.2mL/min流量，20mm/s喷头移动速度，60mm喷头高度，3.5W超声功率，0.4MPA气流量，喷涂两遍；
步骤二、使用超声喷涂仪在空穴传输层6的上表面喷涂PBDT-TFQ为墨水，喷涂厚度为150nm，在氮气气氛下，140℃退火10min，得到光敏层7；其中，喷涂使用的工艺参数为0.3mL/min流量，20mm/s喷头移动速度，60mm喷头高度，3.5W超声功率，0.4MPa气流量，喷涂两遍；
步骤三、将喷涂有空穴传输层6和光敏层7的透明电极转移至真空蒸镀仪中，抽真空至2×10-4Pa，使用面积为10mm×10mm的掩膜板，在光敏层7上依次热蒸镀30nm的Ca和150nm的Al，得到电子传输层8和金属电极9，完成聚合物太阳能电池的制备。电池的材料和结构从下至上依次为PET/Al金属栅极+ITO(180nm)/PEDOT:PSS(50nm)/PBDT-TFQ:PCBM[70](150nm)/Ca(30nm)/Al(150nm)。模组由5个模块串联而成，每个模块的尺寸为70mm×11mm，整个电池面积为90mm×90mm，模组的死区比例为20％。
将实施例8制备的聚合物太阳能电池模组在AM 1.5G模拟太阳光(辐照强度为100毫瓦/平方厘米)下测试，电池的性能参数如表2所示，测试所得电流-电压特性曲线(I-V曲线)如图9所示。
表1实施例5和实施例6的透明电极弯折后性能变化
表2实施例7和实施例8的电池性能参数
| 实施例 | 电池面积(cm2) | Jsc(mA/cm2) | Voc(V) | FF | PCE(％) |
| 实施例7 | 1 | 9.20 | 0.66 | 0.51 | 3.12 |
| 实施例8 | 38.5 | 1.31 | 2.85 | 0.433 | 1.62 |
显然，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于所述技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.透明电极，包括从下至上依次排列的柔性基底(1)和导电层(2)，其特征在于，所述导电层(2)上刻蚀有金属网栅结构的凹槽，刻蚀深度至柔性基底(1)的上表面，且金属网栅结构的凹槽中沉积有金属，沉积的金属形成金属栅极(3)。
2.根据权利要求1所述的透明电极，其特征在于，所述柔性基底(1)的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯或者聚酰亚胺，导电层(2)的材料为掺锡氧化铟、掺氟二氧化锡或者掺铝氧化锌，导电层(2)的厚度为50nm-200nm。
3.根据权利要求1所述的透明电极，其特征在于，所述金属网栅结构为栅栏结构或者栅格结构，所述栅格结构的栅格图案为正方形、长方形或者正六角蜂窝形。
4.根据权利要求1所述的透明电极，其特征在于，所述金属网栅结构的栅线线宽为50μm-200μm，距离最近的两条平行栅线的距离为0.4mm-5mm，导电层(2)被刻蚀的体积占导电层(2)总体积的3％-15％。
5.根据权利要求1所述的透明电极，其特征在于，所述金属为铝、银、铜、金、镍、铂、锌、锡、铁、钴、锰、钼、钛或者合金。
6.权利要求1-5任何一项所述的透明电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、在金属氧化物透明电极的导电层(2)上沉积水溶性导电聚合物，得到聚合物薄膜(4)；
所述金属氧化物透明电极包括从下至上依次排列的柔性基底(1)和导电层(2)；
步骤二、采用激光刻蚀工艺在聚合物薄膜(4)上刻蚀金属网栅结构的凹槽，刻蚀深度达到柔性基底(1)的上表面；
所述激光刻蚀的线速度为400mm/s-1500mm/s，工作功率为0.8W-4.7W；
步骤三、在未刻蚀的聚合物薄膜(4)的上表面和刻蚀后裸露的柔性基底(1)的上表面上沉积厚度为100nm-200nm的金属层(5)，形成金属栅极(3)；
步骤四、将带有金属栅极(3)的金属氧化物透明电极放入去离子水中超声，除去未刻蚀的聚合物薄膜(4)及未刻蚀的聚合物薄膜(4)上的金属层(5)，得到透明电极。
7.根据权利要求6所述的透明电极的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，水溶性导电聚合物为PEDOT:PSS。
8.根据权利要求6所述的透明电极的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，沉积的聚合物薄膜(4)的厚度为50nm-500nm。
9.根据权利要求6所述的透明电极的制备方法，其特征在于，所述步骤四中，超声时间为10s-15s。
10.权利要求1-5任何一项所述的透明电极在制备太阳能电池中的应用。
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