一種具有高量子效率的QDs/Si異質結復合晶硅片的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能電池及光電納米材料領域，具體是一種具有高量子效率的QDs/Si異質結復合晶硅片的制備方法。
【背景技術】
[0002]太陽能電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心器件，其發(fā)展水平直接決定了光伏發(fā)電的發(fā)展水平。自從1954年太陽能電池發(fā)明以來，經過半個多世紀的發(fā)展，目前太陽能電池種類十分繁多，且結構日趨多樣，轉換效率也明顯提高。目前市場上的太陽能電池按照材料不同，可分為3個系列:晶硅太陽能電池、薄膜太陽能電池和光電化學太陽能電池(如染料敏化太陽能電池)。盡管薄膜太陽能電池和染料敏化太陽能電池均已取得許多重大技術突破，但也必須看到，大多數這類太陽能電池仍處于實驗室研制階段，其技術水平、效率水平和市場接受程度仍無法與晶硅電池相比。在已實用化的太陽能電池中，晶硅電池一直占據著太陽能電池市場壟斷地位。光伏組件市場中，晶硅電池組件所占比例高達85%?90%，據EPIA預測:至少到2020年，晶硅光伏組件仍將占據光伏技術的主導地位。因此晶硅電池仍將是未來光伏市場的主流產品。
[0003]異質結是由兩種禁帶寬度不同的半導體材料相接觸而形成的接觸過渡區(qū)。1992年，日本人M akoto T anaka和Mik1 Taguchi等首次將異質結技術應用到娃基太陽能電池的制備過程中。自此，異質結技術與太陽能電池的結合成為新型硅基太陽能電池發(fā)展的趨勢之一，得到了廣泛的研宄和應用。異質結具有如下優(yōu)點:(I)有利于寬譜帶吸收，從而提高效率。晶體硅太陽能電池的有效吸收光譜范圍大約在700nm至llOOnm，；而對于紫外區(qū)和紅外區(qū)太陽能無法吸收或轉化為熱電子。然而，通過與晶體硅禁帶寬度不同的材料構成異質結太陽能電池，可展寬對太陽光的吸收譜，從而實現(xiàn)寬譜帶吸收目的；(2)增加內建電場，提高注入效率。異質結具有更大的內建電場，使注入結兩側的非平衡少子電流增加，從而增加短路電流；(3)減小原料硅消耗，降低成本。
[0004]量子效率是衡量太陽能電池片光電轉化效率的一個重要參數。太陽能電池的量子效率與光的波長或者能量有關。而量子效率可以看作太陽能電池對單一波長的吸收能力。量子點具有吸收光譜寬、吸收系數高的特性，能夠拓寬晶硅電池的吸收光譜。直接能隙半導體量子點不僅具有較寬的光譜吸收范圍，而且能夠利用多重激子效應使產生倍增的電子-空穴對，從而能夠提高量子效率。并且，金屬氧化物量子點層具有良好的導電性能，能夠致密地覆蓋在硅太陽能電池表面并形成良好的表面鈍化效果，由此就可以大幅提高少數載流子壽命。量子效率、少子壽命等各方面性能的提高最終使晶硅太陽能電池片的光電轉化效率得到提高。
【發(fā)明內容】
[0005]本發(fā)明采用一種在常溫下簡單快速的化學液相沉積工藝方法在晶硅電池片的表面生長半導體量子點層，這種量子點層能夠與晶硅表面形成緊密接觸的異質結并具有良好的物理、化學穩(wěn)定性，能夠大幅提高電池片的量子效率、少子壽命、光生載流子的濃度及晶硅太陽能電池的光電轉化效率。這種技術不改變現(xiàn)有晶硅太陽能電池的制作工藝，成本低，無污染，適合大規(guī)模工業(yè)生產，極有發(fā)展前途。
[0006]本發(fā)明的技術方案為:
[0007]一種具有高量子效率的QDs/Si異質結復合晶硅片的制備方法，包括以下步驟:
[0008]I)預處理液的配制:氫氟酸與二次蒸餾水配制濃度為0.5?5mol/L的預處理液；
[0009]2)金屬源溶液的配制:配制金屬離子濃度為0.0001?0.lmol/L的水溶液；
[0010]3)晶硅電池片的預處理:將做好p-n結的晶硅電池片浸入預處理液中I?60s，取出，瀝干；
[0011]4)金屬源在硅片上的沉積:將預處理過的硅片浸入金屬源溶液中I?60s，取出，瀝干；
[0012]5)退火處理:將沉積完瀝干的硅電池片在高溫爐中高溫處理，處理溫度100?900 °C，處理時間I?1min ；
[0013]6)經上述處理的晶硅片再按電池片制作工藝，經刻蝕、蒸鍍減反膜及制作電極，得到最終QDs/Si異質結復合晶硅電池片。
[0014]本發(fā)明提出的具有高量子效率的QDs/Si異質結復合晶硅片，具有以下優(yōu)點和特占.V.
[0015]a)本發(fā)明所制備的復合電池片表面形貌均勻，且穩(wěn)定性好；
[0016]b)本發(fā)明工藝操作方法簡單快捷，原料易得；實驗操作條件容易控制，具有很好的工業(yè)大規(guī)模應用前景；
[0017]c)本發(fā)明制備的量子點層具有很好的鈍化效果，能夠明顯提高少子壽命；
[0018]d)制備的太陽能電池片可以大幅提高電池的量子效率、開路電壓、短路電流、填充因子以及光電轉化效率。
【附圖說明】
[0019]圖1為實施例1具有尚量子效率的QDs/Si異質結復合晶娃片的斷面不意圖。
[0020]圖2為實施例1具有高量子效率的QDs/Si異質結復合晶硅片的FESEM平面圖像。
[0021]圖3為實施例1具有高量子效率的QDs/Si異質結復合晶硅片的
[0022]FESEM斷面圖像。
[0023]圖4為實施例1具有高量子效率的QDs/Si異質結復合晶硅片的量子效率圖。
[0024]圖5為實施例1具有高量子效率的QDs/Si異質結復合晶娃片的少子壽命分布信息圖。
【具體實施方式】
[0025]下面通過實施例對本發(fā)明作進一步說明，其目的僅在于更好理解本發(fā)明的內容而非限制本發(fā)明的保護范圍。
[0026]實施例1
[0027]本實施例提供的具有高量子效率的QDs/Si異質結復合晶硅片的制備方法及其應用，具體步驟如下:
[0028](a)配制lmol/L的預處理液；量取一定量40%氫氟酸，加入一定量蒸餾水，使氫氟酸濃度為lmol/L。
[0029](b)配制金屬源溶液；稱量一定量四氯化錫，加入蒸餾水攪拌均勻。使四氯化錫濃度為 0.001mol/Lo
[0030](c)將電池片浸入預處理液中15s，取出，瀝干；再浸入金屬源溶液中15s，取出，瀝干。
[0031](d)使用高溫爐800°C下處理5min。
[0032]實施例2
[0033]本實施例的制備方法與實施例1相同，不同之處在于步驟(a)，預處理液氫氟酸濃度為 0.5mol/Lo
[0034]實施例3
[0035]本實施例的制備方法與實施例1相同，不同之處在于步驟(a)，預處理液氫氟酸濃度為 2mol/Lo
[0036]實施例4
[0037]本實施例的制備方法與實施例1相同，不同之處在于步驟(a)，預處理液氫氟酸濃度為 5mol/Lo
[0038]實施例5
[0039]本實施例的制備方法與實施例1相同，不同之處在于步驟(b)，所用的金屬源為硝酸銀鹽。
[0040]實施例6
[0041]本實施例的制備方法與實施例1相同，不同之處在于步驟(b)，所用的金屬源為鉛的氯化物、醋酸鹽或硝酸鹽。
[0042]實施例7
[0043]本實施例的制備方法與實施例1相同，不同之處在于步驟(b)，量取一定量四氯化錫，配制得四氯化錫的濃度為0.005mol/Lo
[0044]實施例8
[0045]本實施例的制備方法與實施例1相同，不同之處在于步驟(b)，量取一定量四氯化錫，配制得四氣化錫的濃度為0.01mol/Lo
[0046]實施例9
[0047]本實施例的制備方法與實施例1相同，不同之處在于步驟(b)，量取一定量四氯化錫，配制得四氯化錫的濃度為0.0001mol/Lo
[0048]實施例10
[0049]本實施例的制備方法與實施例1相同，不同之處在于步驟(C)，將電池片浸入預處理液中10s，取出，瀝干；再浸入源溶液中10s，取出，瀝干。
[0050]實施例11
[0051]本實施例的制備方法與實施例1相同，不同之處在于步驟(C)，將電池片浸入預處理液中30s，取出，瀝干；再浸入源溶液中30s，取出，瀝干。
[0052]實施例12
[0053]本實施例的制備方法與實施例1相同，不同之處在于步驟(C)，將電池片浸入預處理液中45s，取出，瀝干；再浸入源溶液中45s，取出，瀝干。
[0054]實施例13
[0055]本實施例的制備方法與實施例1相同，不同之處在于步驟(C)，將電池片浸入預處理液中60s，取出，瀝干；再浸入源溶液中60s，取出，瀝干。
[0056]實施例14
[0057]本實施例的制備方法與實施例1相同，不同之處在于步驟(d)，使用馬弗爐在400 °C 下處理 5min。
[0058]實施例15
[0059]本實施例的制備方法與實施例1相同，不同之處在于步驟(d)，使用馬弗爐在600 °C 下處理 5min。
[0060]實施例16
[0061]本實施例的制備方法與實施例1相同，不同之處在于步驟(d)，使用馬弗爐在900 °C 下處理 5min。
[0062]實施例17
[0063]本實施例的制備方法與實施例1相同，不同之處在于步驟(d)，使用馬弗爐在800 °C 下處理 Imin。
[0064]實施例18
[0065]本實施例的制備方法與實施例1相同，不同之處在于步驟(d)，使用馬弗爐在800 °C 下處理 3min。
[0066]實施例19
[0067]本實施例的制備方法與實施例1相同，不同之處在于步驟(d)，使用馬弗爐在800 °C 下處理 7min。
[0068]實施例20
[0069]本實施例的制備方法與實施例1相同，不同之處在于步驟(d)，使用馬弗爐在800°C 下處理 1min。
[0070]實施例2-20通過分別改變金屬源溶液、反應時間、燒結溫度、燒結時間等條件可不同程度改變所述復合晶硅片的微觀形貌及光電性能。
【主權項】
1.一種具有高量子效率的QDs/Si異質結復合晶硅片的制備方法其特征在于，包括以下步驟:1)預處理液的配制:氫氟酸與二次蒸餾水配制濃度為0.5?5mol/L的預處理液； 2)金屬源溶液的配制:配制金屬離子濃度為0.0OOl?0.lmol/L的水溶液；3)晶硅電池片的預處理:將做好p-n結的晶硅電池片浸入預處理液中I?60s，取出，瀝干；4)金屬源在硅片上的沉積:將預處理過的硅片浸入金屬源溶液中I?60s，取出，瀝干; 5)退火處理:將沉積完瀝干的硅電池片在高溫爐中高溫處理，處理溫度100?900°C，處理時間I?1min ； 6)經上述處理的晶硅片再按電池片制作工藝，經刻蝕、蒸鍍減反膜及制作電極，得到最終QDs/Si異質結復合晶硅電池片。
2.根據權利要求1所述的具有高量子效率的QDs/Si異質結復合晶硅片的制備方法，其特征在于:步驟(2)中的金屬源為錫、銀或鉛的無機或有機鹽中的一種。
3.根據權利要求1所述的具有高量子效率的QDs/Si異質結復合晶硅片的制備方法，其特征在于:所述晶娃片為單晶娃、多晶娃或非晶娃片。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有高量子效率的QDs/Si異質結復合晶硅片的制備方法及其應用。本發(fā)明使用化學液相沉積法將具有寬帶隙的半導體量子點層均勻地生長在晶硅表面，并經后續(xù)處理后形成QDs/Si異質結。該量子點層不僅能夠調制復合晶硅電池的能隙，并且量子點特有的量子限域效應可以有效地大幅提高晶硅電池片的量子效率以及少子壽命，從而提高電池片的整體光電轉化效率。本發(fā)明還具有以下優(yōu)點：1、工藝條件簡便易操作；2、設備簡單適合工業(yè)化大規(guī)模生產；3、原料易得，價格低廉。且生產過程中無有毒有害物質產出。所述晶硅片為單晶硅、多晶硅、非晶硅或微晶硅片。
【IPC分類】H01L31-18
【公開號】CN104600154
【申請?zhí)枴緾N201410840511
【發(fā)明人】余錫賓, 楊海, 吳剛, 吳圣垚
【申請人】上海師范大學
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年12月24日