一种Sb/Si异质结构半导体纳米晶薄膜及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及光电纳米材料及太阳能电池领域，具体说是一种Sb/Si异质结构半导体纳米晶薄膜及其制备方法与应用。
【背景技术】
[0002]太阳能电池是21世纪新能源领域的一个研宄热点。在众多类型的太阳能电池中，目前市场上最广泛使用的是晶硅太阳能电池。一直以来，硅太阳能电池的主要任务是降低成本和提高光电转换效率。降低成本的主要途径是电池薄片化和薄膜化，以减少硅的使用，降低材料消耗，以及降低电池制造过程中的能源消耗。围绕提高效率的研宄正在深入进行，晶硅太阳能电池的理论转化效率可达31%，实验报道的最高转化效率为25%，而工业化生产的成品电池效率只有16%?17%。制约晶硅电池光电转换效率的主要原因之一是晶硅材料为间接能隙半导体对光吸收效率不高，高于晶体硅能隙(1.12eV)的太阳光子以“热电子”的形式损耗。而具有宽禁带的纳米晶和量子点材料与晶硅片牢固结合，形成异质结构可以有效拓宽晶体硅对太阳光的频谱响应。
[0003]异质结构，即把两种不同化学成分的材料组合到一起，它不但能发挥各自组分的功能特点，还因不同成分的结合而产生新的特性。在晶硅片上生长制备的纳米晶薄膜与表面接触牢固形成异质结构，可使氧化物半导体能级分裂、价带杂化；增加可见光吸收，不仅充分利用了纳米材料优异的光捕获能力，而且具有粗糙表面的纳米晶薄膜有很好的陷光效果，有效减少了太阳光在硅片表面上的反射，提高晶硅片对太阳光的吸收效率。另外，利用纳米晶宽禁带特性在短波长范围吸收更多高能光子而产生多重激子效应，尽可能的生成更多的电子-空穴对，同时半导体氧化物/Si异质结可提高电子空穴捕获分离传输效率，能大幅提尚晶娃片的量子广率。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种Sb/Si异质结构半导体纳米晶薄膜的制备方法及其应用，在晶硅片上，生长一层1nm-1OOnm厚的非致密的纳米晶薄膜。这种Sb/Si异质结容易在界面形成η型活化层，具有独有的物理效应，将其应用于晶硅电池，可以明显提高晶硅电池的光电转换效率。这种方法工艺简单、成本低廉、节能环保、快速高效，适合工业化生产。
[0005]本发明的具体技术方案:
[0006]一种Sb/Si异质结构半导体纳米晶薄膜的制备方法，包括以下步骤:
[0007]I)前驱液的配制:配制0.0001?lmol/L金属源溶液；加入I X 10_4?I X 10 _3mol/L晶粒生长促进剂；
[0008]2)薄膜的制备:将晶硅片浸入前驱液中30-60s，以< lcm/s的速度提拉，吹干，此为一个沉积生长周期，如此循环1-3次；
[0009]3)热处理:100°C?900°C热处理 1-lOmin。
[0010]所述的金属源为锑、铜、锌、锡、铅、镉、铁、钴、镍等的有机或无机盐中的一种，优选三氯化锑。
[0011]所述的晶粒生长促进剂可以是二乙醇胺、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、六亚甲基四胺、十二烷基苯磺酸钠等。
[0012]所述晶硅片为单晶硅、多晶硅、非晶硅或微晶硅的半成品或成品太阳能电池片。
[0013]电池片经浸渍提拉、旋涂、滴涂、喷涂、丝网印刷等方法沉积生长纳米晶薄膜，经热处理纳米晶薄膜与电池片光照面结合牢固，形成异质结构。可应用于成品及半成品硅基太阳能电池片的增效处理。
[0014]该发明具有以下优点:1.纳米晶薄膜在晶硅片上均匀生长，与晶硅片牢固接触，形成异质结。膜厚10nm-100nm，均勾可控。2.Sb/Si异质结构可使氧化物半导体能级分裂、价带杂化；增加可见光吸收。充分利用异质结构纳米晶吸收光谱宽、调制能隙的特点，拓宽晶硅片的吸收光谱范围，明显提高光吸收效率。3.利用异质结构纳米晶量子限域效应和多激子效应，有效增加热载流子的分离与捕获，同时提高电子空穴捕获分离传输效率。大幅提尚晶娃片的量子效率。4.上述纳米晶/Si异质结缺陷少，具有尚电子漂移饱和速度，能提尚载流子的传输速度及少子寿命。5.这种Sb/Si异质结容易在界面形成η型活化层，具有独有的物理效应，将其应用于晶硅电池，可以明显提高晶硅电池的光电转换效率。6.材料制备条件简单易操作，原料廉价安全，制作过程环保无污染，生产成本低，适用于大规模生产。
【附图说明】
[0015]图1为实施例1的沉积生长纳米膜后的晶硅片FESEM断面图像。
[0016]图2为实施例1的沉积生长纳米膜后的晶硅片FESEM平面图像。
[0017]图3为实施例1的沉积生长纳米膜后的晶硅片与市售商业片、未经处理样片少子寿命对比图。
[0018]图4为实施例1的沉积生长纳米膜后晶硅片与未经处理样片吸收光谱对比图。
[0019]图5为实施例1的沉积生长纳米膜后晶硅片与未经处理样片反射光谱对比图。
[0020]图6为实施例1的沉积生长纳米膜后晶硅片与未经处理样片外部量子效率对比图。
【具体实施方式】
[0021]以下结合具体实施例对本发明的技术方案进一步说明，其目的仅在于更好理解本发明的内容而非限制本发明的保护范围。
[0022]实施例1
[0023]本实施例提供的Sb/Si异质结构半导体纳米晶薄膜的制备方法，具体步骤如下:
[0024]a)以无水乙醇为溶剂，配制0.02mol/L三氯化锑溶液，再加入2X 10_4mol/L 二乙醇胺获得前驱液。
[0025]b)将晶硅片片浸入前驱液中60s，以0.5cm/s的速度缓慢提拉，用吹风机缓慢吹干，此为一个沉积生长周期，如此循环2次。
[0026]c)使用真空干燥箱150°C热处理5min。
[0027]实施例2
[0028]本实施例的制备方法与实施例1相同，不同之处在于步骤a)，配制三氯化锑溶液浓度为 0.01mol/Lo
[0029]实施例3
[0030]本实施例的制备方法与实施例1相同，不同之处在于步骤a)，配制三氯化锑溶液浓度为 0.10mol/Lo
[0031]实施例4
[0032]本实施例的制备方法与实施例1相同，不同之处在于步骤a)，配制0.05mol/L醋酸铜溶液。
[0033]实施例5
[0034]本实施例的制备方法与实施例1相同，不同之处在于步骤a)，配制0.10mol/L醋酸锌溶液。
[0035]实施例6
[0036]本实施例的制备方法与实施例1相同，不同之处在于步骤a)，配制0.01mol/L四氯化锡溶液。
[0037]实施例7
[0038]本实施例的制备方法与实施例1相同，不同之处在于步骤a)，配制0.05mol/L三氯化锑溶液，加入5 X 10_4mol/L十六烷基三甲基溴化铵。
[0039]实施例8
[0040]本实施例的制备方法与实施例1相同，不同之处在于步骤a)，配制0.0ImoI/L三氯化锑溶液，不加入晶粒生长促进剂。
[0041]实施例9
[0042]本实施例的制备方法与实施例1相同，不同之处在于步骤b)，使用旋涂方法将前驱液涂覆于电池片光照面上:将前驱液缓慢均匀地滴至电池片光照面，待溶液浸润表面后开启旋涂机，转速为2000r/min，旋转时间为30s ;如此为一个周期，旋涂3次。
[0043]实施例10
[0044]本实施例的制备方法与实施例1相同，不同之处在于步骤b)，使用喷涂方法将前驱液涂覆于电池片光照面上:将前驱液经由喷嘴均匀地喷至电池片光照面，直至溶液完全浸润表面后，使用真空干燥箱热处理5min，如此为一个周期，喷涂2次。
[0045]实施例11
[0046]本实施例的制备方法与实施例1相同，不同之处在于步骤b)，使用滴涂方法将前驱液涂覆于电池片光照面上:将前驱液缓慢均匀地滴至电池片光照面，直至溶液完全浸润表面后，使用真空干燥箱热处理3min，如此为一个周期，滴涂3次。
[0047]实施例12
[0048]本实施例的制备方法与实施例1相同，不同之处在于步骤b)，使用涂刷方法将前驱液涂覆于电池片光照面上:将前驱液由软毛刷缓慢均匀地刷至电池片光照面，直至溶液完全浸润表面后，使用真空干燥箱热处理5min，如此为一个周期，涂刷3次。
[0049]实施例13
[0050]本实施例的制备方法与实施例1相同，不同之处在于步骤C)，使用真空干燥箱100°C热处理 lOmin。
[0051]实施例14
[0052]本实施例的制备方法与实施例1相同，不同之处在于步骤d)，使用真空干燥箱200 °C 热处理 5min。
[0053]实施例15
[0054]本实施例的制备方法与实施例1相同，不同之处在于步骤d)，使用马弗炉400°C热处理3min。
【主权项】
1.一种Sb/Si异质结构半导体纳米晶薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)前驱液的配制:配制0.0OOl?lmol/L金属源溶液；加入I X I(T4?I X 10 _2mol/L晶粒生长促进剂； 2)薄膜的制备:将晶硅片浸入前驱液中10-60s，以<lcm/s的速度提拉，吹干，此为一个生长周期，如此循环1-3次； 3)热处理:100C-900°C热处理 1-1Omin0
2.根据权利要求1所述的Sb/Si异质结构半导体纳米晶薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(I)使用的金属源为锑、铜、锌、锡、铅、镉、铁、钴和镍的有机或无机盐中的一种。
3.根据权利要求1所述的Sb/Si异质结构半导体纳米晶薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(I)中晶粒生长促进剂包括二乙醇胺、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、六亚甲基四胺和十二烷基苯磺酸钠。
4.根据权利要求1所述的Sb/Si异质结构半导体纳米晶薄膜的制备方法，其特征在于，晶娃片为单晶娃、多晶娃、非晶娃或微晶娃片。
5.一种Sb/Si异质结构半导体纳米晶薄膜，根据权利要求1-4任意一项所述的方法制备，其特征在于，纳米晶薄膜厚度为10nm-100nm，均勾可控。
6.权利要求5所述Sb/Si异质结构半导体纳米晶薄膜用于硅基太阳能电池片的增效处理。
【专利摘要】本发明公开了一种Sb/Si异质结构半导体纳米晶薄膜及其制备方法与应用，其方法是在晶硅片上，生长一层10nm-100nm厚的非致密的纳米晶薄膜，经热处理纳米晶薄膜与电池片光照面结合牢固，形成异质结构，这种Sb/Si异质结容易在界面形成n型活化层，具有独有的物理效应，可应用于成品及半成品硅基太阳能电池片的增效处理，可以明显提高晶硅电池的光电转换效率。本发明飞方法工艺简单、成本低廉、节能环保、快速高效，适合工业化生产。
【IPC分类】H01L29-737, H01L21-331
【公开号】CN104600102
【申请号】CN201410837859
【发明人】余锡宾, 吴圣垚, 杨海, 吴刚
【申请人】上海师范大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年12月24日