專利名稱：基于異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的硅量子點(diǎn)太陽能電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及硅基太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型硅量子點(diǎn)異質(zhì)結(jié)太陽能電池及其制備方法，屬于太陽能電池和納米材料應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
化石能源是目前世界能源供應(yīng)的主體，據(jù)世界能源權(quán)威機(jī)構(gòu)分析，在本世紀(jì)末煤、 石油、天然氣以及鈾等常規(guī)能源將消耗殆盡?；茉闯瞎?yīng)短缺外，其開采和使用還造成全球生態(tài)環(huán)境污染。所以，探尋一種清潔、無污染且供給豐富的新能源對(duì)未來人類文明和世界經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要，這已成為世界各國共同關(guān)注和必須應(yīng)對(duì)的問題之一。太陽能清潔無污染、取之不盡用之不竭，既可免費(fèi)使用，又無需運(yùn)輸，符合未來新能源發(fā)展要求。 根據(jù)歐洲光伏工業(yè)協(xié)會(huì)EPIA的預(yù)測(cè)，太陽能光伏發(fā)電在21世紀(jì)會(huì)占據(jù)世界能源消費(fèi)的重要席位，不但要替代部分常規(guī)能源，而且還會(huì)成為世界能源供應(yīng)的主體。采用單晶硅和多晶硅材料制作的晶體硅太陽能電池是當(dāng)今商業(yè)化生產(chǎn)和市場(chǎng)供應(yīng)的主流產(chǎn)品，除此之外還發(fā)展了非晶硅和多元化合物薄膜太陽能電池。盡管晶體硅太陽電池技術(shù)成熟、穩(wěn)定性好，但生產(chǎn)成本限制了其在未來的規(guī)模化應(yīng)用；非晶硅薄膜電池雖然生產(chǎn)成本低，但不夠穩(wěn)定且轉(zhuǎn)換效率低，隨著時(shí)間的延長，其轉(zhuǎn)換效率衰減，直接影響了它的實(shí)際應(yīng)用；多元化合物薄膜太陽能電池主要包括砷化鎵、硫化鎘、碲化鎘和銅銦硒等薄膜太陽能電池，這類電池盡管存在價(jià)格低廉、性能良好和工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，但是它們材料來源要么有限，要么材料本身存在劇毒，這些電池的發(fā)展也必然受到限制。目前太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率較低的一個(gè)重要原因是不能充分利用太陽光。電池太陽光損失機(jī)制主要包括兩方面能量低于帶隙的光子不能被吸收和能量大于帶隙的光子存在熱損失。目前解決此問題的主要方法是制作含有不同帶隙結(jié)構(gòu)的疊層太陽能電池， 但這需要使用不同的原材料且存在子電池電流和晶格常數(shù)匹配問題，因此疊層太陽能電池仍然存在材料來源供應(yīng)短缺和環(huán)境污染問題。理論和實(shí)驗(yàn)研究均發(fā)現(xiàn)，當(dāng)半導(dǎo)體材料特征尺寸在三個(gè)維度上小于其電子德布羅意波長或與其相比擬時(shí)，材料便具有量子限制效應(yīng)特性，這種材料被稱作量子點(diǎn)。量子點(diǎn)不僅可以擴(kuò)大太陽能電池的光譜吸收范圍，還能大大提高太陽電池的量子產(chǎn)額。在量子點(diǎn)材料中備受關(guān)注的是硅量子點(diǎn)，這是因?yàn)樗粌H是目前太陽能電池中普遍使用的原材料，而且它還是地殼中含量僅次于氧元素的第二大元素，所以材料來源十分豐富，并且無毒。理論研究表明，量子點(diǎn)太陽電池能大大提高電池轉(zhuǎn)換效率，高達(dá)66%。因此，本發(fā)明將硅量子點(diǎn)所具有的量子限制效應(yīng)特性應(yīng)用于太陽能電池可擴(kuò)大硅基太陽電池光譜吸收范圍、提高其量子產(chǎn)額和光電轉(zhuǎn)換效率，利于未來硅基太陽能電池的規(guī)模化和常規(guī)化應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的硅量子點(diǎn)太陽能電池，該太陽能電池具有太陽光譜吸收范圍寬、量子產(chǎn)額大和光電轉(zhuǎn)換效率高的特點(diǎn)；本發(fā)明還提供了制備該太陽能電池的方法。本發(fā)明提供的一種基于異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的硅量子點(diǎn)太陽能電池，它自下而上包括銀鋁復(fù)合背電極、P型單晶硅基片和銀電極；其特征在于，在自下而上之間自下而上依次設(shè)置有氮化硅薄膜層、N型非晶硅層和透明導(dǎo)電膜層，氮化硅薄膜層中含有硅量子點(diǎn)，氮化硅薄層厚度為20 50nm，硅量子點(diǎn)直徑在1 6nm之間；N型非晶硅層的厚度為15 25nm ；透明導(dǎo)電膜層為摻鋁氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜，厚度為200 300nm。上述的硅量子點(diǎn)太陽能電池的制備方法，其特征在于，該方法包括下述步驟(1)清洗P型單晶硅基片；(2)在P型單晶硅基片上制備金字塔絨面結(jié)構(gòu)；(3)對(duì)P型單晶硅基片實(shí)施NH3等離子體處理5 10分鐘，其中通入NH3的流量為40 70SCCm，等離子體的射頻功率為40 80W，基片溫度為200 240°C，腔體壓強(qiáng)為 60 IOOPa ；(4)采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)在基片上有絨面的一面上制備厚度為 20 50nm的含有硅量子點(diǎn)的非化學(xué)計(jì)量比氮化硅薄膜，其中硅量子點(diǎn)的直徑在1 6nm之間，通入NH3的流量為40 60sccm，通入SiH4氣體流量為60 80sccm之間，SiH4氣體被 H2稀釋體積比為10%，基片溫度為200 240°C，等離子體的射頻功率為30 50W，腔體壓強(qiáng)為90 140Pa ；(5)采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)在氮化硅薄膜上沉積N型非晶硅薄膜， 其中通入的被H2稀釋體積比為10%的SiH4流量為20 40sccm，PH3流量為25 40sccm， 射頻功率為80 150W，基片溫度為180 240°C，N型非晶硅薄膜4厚度為15 25nm ；(6)采用磁控濺射法在N型非晶硅薄膜上制備厚度為200 300nm的摻鋁氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜，濺射靶材為Al2O3摻雜的ZnO陶瓷靶，其中Al的質(zhì)量百分比為 5%， Al2O3和ZnO的純度均為99. 99%，通入Ar的流量為20sccm，基片溫度為200 300°C，功率為 100 200W ；(7)用磁控濺射設(shè)備在摻鋁氧化鋅透明導(dǎo)電膜上制備銀電極；(8)采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在單晶硅基片背面制作含有銀鋁復(fù)合電極的鋁背表面場(chǎng)， 得到電池；(9)將電池置于充滿氮?dú)獾氖⑼嘶馉t中燒結(jié)，在金屬和半導(dǎo)體之間形成良好的歐姆接觸。本發(fā)明提供的太陽能電池結(jié)合硅元素的豐富無毒性、硅量子點(diǎn)的量子效應(yīng)特性、 異質(zhì)結(jié)太陽電池的高轉(zhuǎn)化效率和非晶硅太陽電池低溫制備工藝等優(yōu)異特性于一體，是一種太陽光譜吸收范圍寬、量子產(chǎn)額大、光電轉(zhuǎn)換效率高和制備工藝簡(jiǎn)單的新型太陽能電池。


圖1為基于異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的硅量子點(diǎn)太陽電池截面的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出的硅量子點(diǎn)異質(zhì)結(jié)太陽電池自下而上包括銀鋁復(fù)合背電極1、P型單晶硅基片2、氮化硅薄膜層3、N型非晶硅層4、透明導(dǎo)電膜層5和銀電極6。其中，銀鋁復(fù)合背電極1層除具有電極功能以外，還具有鋁背表面場(chǎng)的作用；P型單晶硅基片2帶有金字塔絨面結(jié)構(gòu)，基片厚度為280 320um，金字塔的平均高度在10 20um之間，用以降低太陽電池表面反射率；氮化硅薄膜層3中含有硅量子點(diǎn)，氮化硅薄層厚度為20 50nm，硅量子點(diǎn)直徑在1 6nm之間；N型非晶硅層4的厚度為15 25nm ；透明導(dǎo)電膜層5為摻鋁氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜，厚度為200 300nm。上述基于異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的硅量子點(diǎn)太陽電池的制備方法為(1)清洗P型單晶硅基片；(2)在P型單晶硅基片上制備金字塔絨面結(jié)構(gòu)，制絨所用化學(xué)溶劑為氫氧化鉀、去離子水和異丙醇的配制溶液。其中，每克氫氧化鉀所需去離子水和異丙醇的體積分別為 0. 35 0. 38ml和1. 56 1. 86ml。P型單晶硅基片置于配置完畢的化學(xué)溶劑中在75 85°C恒溫水浴內(nèi)保持45 55分鐘，形成金字塔的平均高度在10 20um之間，得到P型單晶娃基片2 ；(3)對(duì)P型單晶硅基片2實(shí)施NH3等離子體處理5 10分鐘，其中通入NH3的流量為40 70SCCm，等離子體的射頻功率為40 80W，基片溫度為200 240°C，腔體壓強(qiáng)為 60 IOOPa ；(4)采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)在基片上有絨面的一面上制備厚度為 20 50nm的含有硅量子點(diǎn)的非化學(xué)計(jì)量比氮化硅薄膜3，其中硅量子點(diǎn)的直徑在1 6nm 之間，通入NH3的流量為40 60sccm，通入SiH4氣體流量為60 80sccm之間，SiH4氣體被H2稀釋體積比為10%，基片溫度為200 240°C，等離子體的射頻功率為30 50W，腔體壓強(qiáng)為90 140Pa ；(5)采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)在氮化硅薄膜上沉積N型非晶硅薄膜4， 其中通入的被H2稀釋體積比為10%的SiH4流量為20 40sccm，PH3流量為25 40sccm， 射頻功率為80 150W，基片溫度為180 240°C，N型非晶硅薄膜4厚度為15 25nm ；(6)采用磁控濺射法在N型非晶硅薄膜4上制備厚度為200 300nm的摻鋁氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜5，濺射靶材為Al2O3摻雜的ZnO陶瓷靶，其中Al的質(zhì)量百分比為 5%， Al2O3和ZnO的純度均為99. 99%，通入Ar的流量為20sccm，基片溫度為200 300°C，功率為 100 200W ；(7)用磁控濺射設(shè)備在摻鋁氧化鋅透明導(dǎo)電膜5上制備銀電極6 ；(8)采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在單晶硅基片2背面制作含有銀鋁復(fù)合電極1的鋁背表面場(chǎng)；(9)電池置于充滿氮?dú)獾氖⑼嘶馉t中燒結(jié)，在金屬和半導(dǎo)體之間形成良好的歐姆接觸。為進(jìn)一步闡述本發(fā)明的硅量子點(diǎn)異質(zhì)結(jié)太陽電池結(jié)構(gòu)和制備方法，下面通過借助實(shí)施實(shí)例將更加詳細(xì)說明本發(fā)明。實(shí)施例1 (1)清洗P型單晶硅基片；(2)在P型單晶硅基片上制備金字塔絨面結(jié)構(gòu)，制絨所用化學(xué)溶劑為氫氧化鉀、去離子水和異丙醇的配制溶液。其中，每克氫氧化鉀所需去離子水和異丙醇的體積分別為 0. 35ml和1. 86ml。P型單晶硅基片置于配置完畢的化學(xué)溶劑中在75°C恒溫水浴內(nèi)保持45分鐘，形成金字塔的平均高度在10 15um之間，得到P型單晶硅基片2 ；(3)對(duì)制作金字塔絨面完畢的單晶硅基片2實(shí)施NH3等離子體處理8分鐘，其中通入NH3的流量為4kccm，射頻功率為40W，基片溫度200°C，壓強(qiáng)為601 ；(4)采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)在基片上有絨面的一面上制備厚度為 25nm的含有硅量子點(diǎn)的非化學(xué)計(jì)量比氮化硅薄膜3，其中硅量子點(diǎn)的直徑在1 3nm之間，通入NH3的流量為40SCCm，被吐稀釋體積比是10 %的SiH4流量為60sCCm，基片溫度為 200°C，射頻功率為30W，腔體壓強(qiáng)為931 ；(5)采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)在氮化硅薄膜上沉積N型非晶硅薄膜4， 其中通入的被H2稀釋體積比為10%的SiH4流量為20sCCm，PH3流量為2kccm，射頻功率為 80W，基片溫度為180°C，N型非晶硅薄膜4厚度為15nm;(6)采用磁控濺射法在N型非晶硅薄膜4上制備厚度為200nm的摻鋁氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜5，濺射靶材為Al2O3摻雜的ZnO陶瓷靶，其中Al的質(zhì)量百分比為5% ,Al2O3和ZnO 的純度均為99. 99%，通入Ar的流量為20sCCm，基片溫度為200°C，功率為120W ；(7)用磁控濺射設(shè)備在摻鋁氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜上制備銀電極6 ；(8)采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在單晶硅基片2背面制作含有銀鋁復(fù)合電極1的鋁背表面場(chǎng)；(9)電池置于充滿氮?dú)獾氖⑼嘶馉t中燒結(jié)，在金屬和半導(dǎo)體之間形成良好的歐姆接觸。實(shí)施例2:(1)清洗P型單晶硅基片；(2)在P型單晶硅基片上制備金字塔絨面結(jié)構(gòu)，制絨所用化學(xué)溶劑為氫氧化鉀、去離子水和異丙醇的配制溶液。其中，每克氫氧化鉀所需去離子水和異丙醇的體積分別為 0. 37ml和1. 75ml。P型單晶硅基片置于配置完畢的化學(xué)溶劑中在80°C恒溫水浴內(nèi)保持50 分鐘，形成金字塔的平均高度在10 17um之間，得到P型單晶硅基片2 ；(3)對(duì)制作金字塔絨面完畢的單晶硅基片2實(shí)施NH3等離子體處理9分鐘，其中通入NH3的流量為5kccm，射頻功率為60W，基片溫度220°C，壓強(qiáng)為601 ；(4)采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)在基片上有絨面的一面上制備厚度為 35nm的含有硅量子點(diǎn)的非化學(xué)計(jì)量比氮化硅薄膜3，其中硅量子點(diǎn)的直徑在1 3nm之間，通入NH3的流量為50SCCm，被H2稀釋體積比是10 %的SiH4流量為60sCCm，基片溫度為 220°C，射頻功率為40W，腔體壓強(qiáng)為1001 ；(5)采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)在氮化硅薄膜3上沉積N型非晶硅薄膜 4，其中通入的被H2稀釋體積比為10%的SiH4流量為20sCCm，PH3流量為2kccm，射頻功率為100W，基片溫度為200°C，N型非晶硅薄膜4厚度為16nm ；(6)采用磁控濺射法在N型非晶硅薄膜4上制備厚度為230nm的摻鋁氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜5，濺射靶材為Al2O3摻雜的ZnO陶瓷靶，其中Al的質(zhì)量百分比為2% ,Al2O3和ZnO 的純度均為99. 99%，通入Ar的流量為20sCCm，基片溫度為250°C，功率為150W ；(7)用磁控濺射設(shè)備在摻鋁氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜5上制備銀電極6 ；(8)采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在單晶硅基片2背面制作含有銀鋁復(fù)合電極的鋁背表面場(chǎng)；
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(9)電池置于充滿氮?dú)獾氖⑼嘶馉t中燒結(jié)，在金屬和半導(dǎo)體之間形成良好的歐姆接觸。實(shí)施例3:(1)清洗P型單晶硅基片；(2)在P型單晶硅基片上制備金字塔絨面結(jié)構(gòu)，制絨所用化學(xué)溶劑為氫氧化鉀、去離子水和異丙醇的配制溶液。其中，每克氫氧化鉀所需去離子水和異丙醇的體積分別為 0. 38ml和1. 67ml。P型單晶硅基片置于配置完畢的化學(xué)溶劑中在85°C恒溫水浴內(nèi)保持55 分鐘，形成金字塔的平均高度在10 20um之間，得到P型單晶硅基片2 ；(3)對(duì)制作金字塔絨面完畢的單晶硅基片2實(shí)施NH3等離子體處理10分鐘，其中通入NH3的流量為6kccm，射頻功率為40W，基片溫度220°C，壓強(qiáng)為701 ；(4)采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)在基片上有絨面的一面上制備厚度為 40nm的含有硅量子點(diǎn)的非化學(xué)計(jì)量比氮化硅薄膜3，其中硅量子點(diǎn)的直徑在2 4nm之間， 通入NH3的流量為40SCCm，被H2稀釋體積比是10% SiH4流量為70sCCm，基片溫度為230°C， 射頻功率為40W，腔體壓強(qiáng)為1331 ；(5)采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)在氮化硅薄膜上沉積N型非晶硅薄膜4， 其中通入的被H2稀釋體積比為10%的SiH4流量為30sCCm，PH3流量為30sCCm，射頻功率為 100W，基片溫度為220°C，N型非晶硅薄膜4厚度為18nm ；(6)采用磁控濺射法在N型非晶硅薄膜4上制備厚度為250nm的摻鋁氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜5，濺射靶材為Al2O3摻雜的ZnO陶瓷靶，其中Al的質(zhì)量百分比為4% ,Al2O3和ZnO 的純度均為99. 99%，通入Ar的流量為20sCCm，基片溫度為250°C，功率為170W ；(7)用磁控濺射設(shè)備在摻鋁氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜5上制備銀電極6 ；(8)采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在單晶基片2底背面制作含有銀鋁復(fù)合電極1的鋁背表面場(chǎng)；(9)電池置于充滿氮?dú)獾氖⑼嘶馉t中燒結(jié)，在金屬和半導(dǎo)體之間形成良好的歐姆接觸。實(shí)施例4:(1)清洗P型單晶硅基片；(2)在P型單晶硅基片上制備金字塔絨面結(jié)構(gòu)，制絨所用化學(xué)溶劑為氫氧化鉀、去離子水和異丙醇的配制溶液。其中，每克氫氧化鉀所需去離子水和異丙醇的體積分別為 0. 37ml和1. 56ml。P型單晶硅基片置于配置完畢的化學(xué)溶劑中在80°C恒溫水浴內(nèi)保持50 分鐘，形成金字塔的平均高度在12 18um之間，得到P型單晶硅基片2 ；(3)對(duì)制作金字塔絨面完畢的單晶硅基片2實(shí)施NH3等離子體處理10分鐘，其中通入NH3的流量為70SCCm，射頻功率為70W，基片溫度230°C，壓強(qiáng)為851 ；(4)采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)在基片上有絨面的一面上制備厚度為 45nm的含有硅量子點(diǎn)的非化學(xué)計(jì)量比氮化硅薄膜3，其中硅量子點(diǎn)的直徑在1 5nm之間，通入NH3的流量為50SCCm，被H2稀釋體積比是10 %的SiH4流量為80sCCm，基片溫度為 230°C，射頻功率為50W，腔體壓強(qiáng)為1331 ；(5)采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)在氮化硅薄膜上沉積N型非晶硅薄膜4， 其中通入的被H2稀釋體積比為10%的SiH4流量為35sCCm，PH3流量為3kccm，射頻功率為130W，基片溫度為230°C，N型非晶硅薄膜4厚度為21nm ；(6)采用磁控濺射法在N型非晶硅薄膜4上制備厚度為^Onm的摻鋁氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜5，濺射靶材為Al2O3摻雜的ZnO陶瓷靶，其中Al的質(zhì)量百分比為3% ,Al2O3和ZnO 的純度均為99. 99%，通入Ar的流量為20sCCm，基片溫度為290°C，功率為190W ；(7)用磁控濺射設(shè)備在摻鋁氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜5上制備銀電極6 ；(8)采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在單晶硅基片2背面制作含有銀鋁復(fù)合電極1的鋁背表面場(chǎng)；(9)電池置于充滿氮?dú)獾氖⑼嘶馉t中燒結(jié)，在金屬和半導(dǎo)體之間形成良好的歐姆接觸。實(shí)施例5:(1)清洗P型單晶硅基片；(2)在P型單晶硅基片上制備金字塔絨面結(jié)構(gòu)，制絨所用化學(xué)溶劑為氫氧化鉀、去離子水和異丙醇的配制溶液。其中，每克氫氧化鉀所需去離子水和異丙醇的體積分別為 0. 36ml和1. 56ml。P型單晶硅基片置于配置完畢的化學(xué)溶劑中在80°C恒溫水浴內(nèi)保持55 分鐘，形成金字塔的平均高度在10 20um之間，得到P型單晶硅基片2 ；(3)對(duì)制作金字塔絨面完畢的單晶硅基片2實(shí)施NH3等離子體處理9分鐘，其中通入NH3的流量為6kccm，射頻功率為80W，基片溫度240°C，壓強(qiáng)為IOOPa ；(4)采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)在基片上有絨面的一面上制備厚度為 50nm的含有硅量子點(diǎn)的非化學(xué)計(jì)量比氮化硅薄膜3，其中硅量子點(diǎn)的直徑在1 6nm之間，通入NH3的流量為60SCCm，被吐稀釋體積比是10 %的SiH4流量為80sCCm，基片溫度為 240°C，射頻功率為50W，腔體壓強(qiáng)為1331 ；(5)采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)在氮化硅薄膜上沉積N型非晶硅薄膜4， 其中通入的被H2稀釋體積比為10%的SiH4流量為40sCCm，PH3流量為40sCCm，射頻功率為 145W，基片溫度為240°C，N型非晶硅薄膜4厚度為25nm ；(6)采用磁控濺射法在N型非晶硅薄膜4上制備厚度為295nm的摻鋁氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜，濺射靶材為Al2O3摻雜的ZnO陶瓷靶，其中Al的質(zhì)量百分比為1%，Al2O3和ZnO 的純度均為99. 99%，通入Ar的流量為20sCCm，基片溫度為300°C，功率為200W ；(7)用磁控濺射設(shè)備在摻鋁氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜5上制備銀電極6 ；(8)采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在單晶硅基片2背面制作含有銀鋁復(fù)合電極1的鋁背表面場(chǎng)；(9)電池置于充滿氮?dú)獾氖⑼嘶馉t中燒結(jié)，在金屬和半導(dǎo)體之間形成良好的歐姆接觸。以上所述為本發(fā)明較佳實(shí)施例而已，但本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實(shí)施實(shí)例所公開的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的硅量子點(diǎn)太陽能電池，它自下而上包括銀鋁復(fù)合背電極、 P型單晶硅基片和銀電極；其特征在于，在自下而上之間自下而上依次設(shè)置有氮化硅薄膜層、N型非晶硅層和透明導(dǎo)電膜層，氮化硅薄膜層中含有硅量子點(diǎn)，氮化硅薄層厚度為20 50nm，硅量子點(diǎn)直徑在1 6nm之間；N型非晶硅層的厚度為15 25nm ；透明導(dǎo)電膜層為摻鋁氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜，厚度為200 300nm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅量子點(diǎn)太陽能電池，其特征在于，P型單晶硅基片所述帶有金字塔絨面結(jié)構(gòu)，基片厚度為觀0 320um，金字塔的平均高度在10 20um之間。
3.—種權(quán)利要求1所述的硅量子點(diǎn)太陽能電池的制備方法，其特征在于，該方法包括下述步驟(1)清洗P型單晶硅基片；(2)在P型單晶硅基片上制備金字塔絨面結(jié)構(gòu)；(3)對(duì)P型單晶硅基片實(shí)施NH3等離子體處理5 10分鐘，其中通入NH3的流量為 40 70SCCm，等離子體的射頻功率為40 80W，基片溫度為200 240°C，腔體壓強(qiáng)為60 IOOPa ；(4)采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)在基片上有絨面的一面上制備厚度為20 50nm的含有硅量子點(diǎn)的非化學(xué)計(jì)量比氮化硅薄膜，其中硅量子點(diǎn)的直徑在1 6nm之間，通入NH3的流量為40 60sccm，通入SiH4氣體流量為60 80sccm之間，SiH4氣體被H2稀釋體積比為10%，基片溫度為200 M0°C，等離子體的射頻功率為30 50W，腔體壓強(qiáng)為 90 140Pa ；(5)采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)在氮化硅薄膜上沉積N型非晶硅薄膜，其中通入的被H2稀釋體積比為10%的SiH4流量為20 40sccm，PH3流量為25 40sccm，射頻功率為80 150W，基片溫度為180 240°C，N型非晶硅薄膜4厚度為15 25nm ；(6)采用磁控濺射法在N型非晶硅薄膜上制備厚度為200 300nm的摻鋁氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜，濺射靶材為Al2O3摻雜的ZnO陶瓷靶，其中Al的質(zhì)量百分比為1 % 5 %，Al2O3和 ZnO的純度均為99. 99%，通入Ar的流量為20sccm，基片溫度為200 300°C，功率為100 200W ；(7)用磁控濺射設(shè)備在摻鋁氧化鋅透明導(dǎo)電膜上制備銀電極；(8)采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在單晶硅基片背面制作含有銀鋁復(fù)合電極的鋁背表面場(chǎng)，得到電池；(9)將電池置于充滿氮?dú)獾氖⑼嘶馉t中燒結(jié)，在金屬和半導(dǎo)體之間形成良好的歐姆接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟( 具體包括下述過程在P型單晶硅基片上制備金字塔絨面結(jié)構(gòu)，制絨所用化學(xué)溶劑為氫氧化鉀、去離子水和異丙醇的配制溶液。其中，每克氫氧化鉀所需去離子水和異丙醇的體積分別為0. 35 0. 38ml和1. 56 1. 86ml。P型單晶硅基片置于配置完畢的化學(xué)溶劑中在75 85°C恒溫水浴內(nèi)保持45 55分鐘，形成金字塔的平均高度在10 20um之間，得到具有絨面結(jié)構(gòu)的 P型單晶硅基片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的硅量子點(diǎn)太陽能電池及其制備方法。該太陽能電池自下而上包括銀鋁復(fù)合背電極、P型單晶硅基片、氮化硅薄膜層、N型非晶硅層、透明導(dǎo)電膜層和銀電極。氮化硅薄膜層中含有直徑為1～6nm的硅量子點(diǎn)；透明導(dǎo)電膜層為200～300nm的摻鋁氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜。在制絨的P型晶體硅基片上制備一層含有硅量子點(diǎn)的氮化硅層，再沉積一層N型非晶硅層，接著再沉積一層摻鋁氧化鋅透明導(dǎo)電膜，最后在正反兩面分別加上銀電極和含有銀鋁復(fù)合電極的鋁背表面場(chǎng)。此電池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，光譜響應(yīng)范圍寬，開路電壓高，光生電流大，制備步驟與現(xiàn)有的工藝相兼容。本發(fā)明為提高現(xiàn)有的硅基太陽電池轉(zhuǎn)換效率提供了一種很好的解決方法。
文檔編號(hào)H01L31/0352GK102280500SQ20111019937
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月26日
發(fā)明者姜禮華, 張笑, 文國知, 曾祥斌 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)