一种直接宽带隙半导体纳米晶/Si异质结复合晶硅片的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及纳米技术、半导体技术、异质结和太阳能电池领域，具体是一种直接宽带隙半导体纳米晶/Si异质结复合晶硅片的制备方法及其应用。
技术背景
[0002]传统硅太阳能电池受限于能量损失和晶体硅本身的特性(晶体硅是一种间接能隙半导体材料，能隙为1.12ev，发电效率最高只能在900nm附近)，理论转化效率值最高可达31%，规模化生产的硅电池效率约为15%?20%。进一步提高硅太阳能电池转换效率和降低生产成本是目前太阳能电池开发应用最重要也是最有效的一个方向。
[0003]宽禁带半导体材料(Eg^ 2.3eV)被称为第三代半导体材料。主要包括金刚石、SiC、II族氧化合物、II族硫化合物、II族砸化合物、III族氮化合物以及这些材料的合金，具有禁带宽度大、电子漂移饱和速度高、介电常数小、导电性能好的特点。宽禁带半导体可以拓宽晶体硅对太阳光的频谱响应，把Si材料不能很好吸收利用的高能波段(紫外和可见光区)加以利用，产生更多电子一空穴对，提高外部量子效率；此外，其高电子漂移饱和速度也能提高载流子的传输速度，从而提高少子寿命。
[0004]硅材料为间接带隙半导体，对光的吸收不好。在间接带隙半导体中，通常电子由价带跃迀到导带的过程中，会伴随着动量的变化以维持动量守恒，也就是说光子能量会变成电子的电位能以及声子的能量总和，其中声子的能量即为晶格振动，最后会转换成热能散逸。硅的带隙为1.12eV，只有在900nm波长附近有较高的转换效率。较高能量的光子被吸收后，转换成热电子，一部分向低能级传递，以光辐射的形式释放出能量，另一部分则很快复合，极大的限制了硅电池对光能的利用。在直接带隙半导体中，入射光子将能量转移至电子的过程不涉及动量变化，能将高能光子转换成能被直接利用的电子一空穴对，其复合速率远低于热电子的复合，从而提升硅电池的量子效率。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是运用化学浴沉积法，在低温和常压下，在晶硅片表面快速沉积生长一层I?10nm厚的宽带隙半导体纳米晶，利用宽禁带半导体以及纳米材料的特性，全面提高硅电池本身的少子寿命和量子效率。
[0006]本发明的技术方案为:
[0007]一种直接宽带隙半导体纳米晶/Si异质结复合晶硅片的制备方法，具体步骤如下:
[0008]a)宽禁带半导体纳米晶/Si异质结原材料选择；
[0009]b)溶液的配置:
[0010](I)清洗液浓度:0.05mol/L ?15mol/L ；
[0011](2)半导体纳米晶前驱液，金属离子浓度I?50mg/ml，所含分散剂浓度为0.01?30mg/ml ；
[0012]c)晶硅片的预处理:在清洗液中清洗晶硅片I?200s，去除晶硅片表面死层；然后立即将晶硅片转移到二次蒸馏水子水中清洗I?lOmin，去除残留的清洗液，沥水，吹干；
[0013]d)半导体纳米晶的沉积:将预处理的晶硅片浸渍到上述前驱液中I?200s，然后以I?4cm/min的速度提拉，迅速吹干；
[0014]e)退火处理:将沉积有纳米晶的晶硅片在100°C?1000°C下退火I?60min，得到纳米晶/Si异质结复合晶硅片；
[0015]f)经上述处理的晶硅片再按电池片制作工艺，经刻蚀、蒸镀减反膜及制作电极，得到最终半导体纳米晶/Si异质结敏化的电池片。
[0016]所述的宽禁带半导体纳米晶/Si异质结原材料选用II1-V族和I1-VI族化合物。
[0017]所述的清洗液为氢氟酸、硝酸、无水乙醇和丙酮中的一种或几种混合。
[0018]所述的纳米晶前驱液的原料为II族和III族元素的无机盐或有机盐，例如:硫酸铜、醋酸铅、醋酸锌、氯化铝等，优选醋酸锌；溶质为溶剂为水、甲醇、乙醇、丙酮、甲苯和环己烧中的一种。
[0019]所述的半导体纳米晶前驱液所用的分散剂为羧甲基纤维素(CMC)、聚乙烯醇(PEG)、聚乙烯(PE)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、硬酯酸单甘油酯(GMS)和三硬脂酸甘油酯(HTG)中的一种。
[0020]所述硅片在沉积完半导体纳米晶后须经退火形成异质结。
[0021 ] 所述的晶硅片为单晶硅、多晶硅、非晶硅或微晶硅。
[0022]上述方法制备的半导体纳米晶在硅电池上均匀分布，粒径为I?lOOnm。
[0023]本发明中，直接宽带隙半导体纳米晶/Si异质结在晶硅片上的应用能有效提高晶硅片的少子寿命和量子效率(IPCE)，进而提高晶硅电池片的转换效率。
[0024]本发明还有以下优点:
[0025]1.纳米晶能均匀分布在晶硅片表面并与基体硅牢固结合，有很好的光、热稳定性。
[0026]2.纳米晶/Si异质结缺陷少，能拓宽晶体硅对太阳光的频谱响应，产生更多电子一空穴对，提高量子效率；高电子漂移饱和速度以及直接带隙半导体对太阳光的更好利用都能有效的提尚娃电池的转换效率。
[0027]3.半导体纳米晶具有的物理效应能提高硅电池对太阳光的吸收，增加载流子的传输速率。
[0028]4.本发明的制备工艺简单，操作性强，原料廉价且能重复使用，生产成本低，效益高，适用于工业大生产。
【附图说明】
[0029]图1为实施例1直接宽带隙半导体纳米晶/Si异质结的FESEM图像。
[0030]图2为实施例1处理片与未处理片的少子寿命对比图。
[0031]图3为实施例1处理片与未处理片的量子效率对比图。
【具体实施方式】
[0032]下面通过实施例对本发明作进一步说明，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。
[0033]实施例1
[0034]本实施例提供的直接宽带隙半导体纳米晶/Si异质结复合晶硅片的制备方法及应用，具体步骤如下:
[0035]a)宽禁带半导体纳米晶/Si异质结的原材料选氧化锌。
[0036]b)配置lmol/L的氢氟酸清洗液；氧化锌半导体前驱液:醋酸锌，其浓度为5.5mg/ml，分散剂(聚乙烯吡咯烷酮)的浓度为6.7mg/ml ;溶剂为二次蒸馏水。
[0037]c)将晶娃片在清洗液中清洗15s，去除油污和二氧化娃层；在去尚子水中清洗Imin,以除去清洗时残留的氟化氢，沥水，吹干。
[0038]d)将清洗后的晶硅片浸渍到半导体量子点前驱液中反应10s，然后以2cm/min的速度提拉，迅速吹干；<