一种具有高量子效率的QDs/Si异质结复合晶硅片的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能电池及光电纳米材料领域，具体是一种具有高量子效率的QDs/Si异质结复合晶硅片的制备方法。
【背景技术】
[0002]太阳能电池是光伏发电系统的核心器件，其发展水平直接决定了光伏发电的发展水平。自从1954年太阳能电池发明以来，经过半个多世纪的发展，目前太阳能电池种类十分繁多，且结构日趋多样，转换效率也明显提高。目前市场上的太阳能电池按照材料不同，可分为3个系列:晶硅太阳能电池、薄膜太阳能电池和光电化学太阳能电池(如染料敏化太阳能电池)。尽管薄膜太阳能电池和染料敏化太阳能电池均已取得许多重大技术突破，但也必须看到，大多数这类太阳能电池仍处于实验室研制阶段，其技术水平、效率水平和市场接受程度仍无法与晶硅电池相比。在已实用化的太阳能电池中，晶硅电池一直占据着太阳能电池市场垄断地位。光伏组件市场中，晶硅电池组件所占比例高达85%?90%，据EPIA预测:至少到2020年，晶硅光伏组件仍将占据光伏技术的主导地位。因此晶硅电池仍将是未来光伏市场的主流产品。
[0003]异质结是由两种禁带宽度不同的半导体材料相接触而形成的接触过渡区。1992年，日本人M akoto T anaka和Mik1 Taguchi等首次将异质结技术应用到娃基太阳能电池的制备过程中。自此，异质结技术与太阳能电池的结合成为新型硅基太阳能电池发展的趋势之一，得到了广泛的研宄和应用。异质结具有如下优点:(I)有利于宽谱带吸收，从而提高效率。晶体硅太阳能电池的有效吸收光谱范围大约在700nm至llOOnm，；而对于紫外区和红外区太阳能无法吸收或转化为热电子。然而，通过与晶体硅禁带宽度不同的材料构成异质结太阳能电池，可展宽对太阳光的吸收谱，从而实现宽谱带吸收目的；(2)增加内建电场，提高注入效率。异质结具有更大的内建电场，使注入结两侧的非平衡少子电流增加，从而增加短路电流；(3)减小原料硅消耗，降低成本。
[0004]量子效率是衡量太阳能电池片光电转化效率的一个重要参数。太阳能电池的量子效率与光的波长或者能量有关。而量子效率可以看作太阳能电池对单一波长的吸收能力。量子点具有吸收光谱宽、吸收系数高的特性，能够拓宽晶硅电池的吸收光谱。直接能隙半导体量子点不仅具有较宽的光谱吸收范围，而且能够利用多重激子效应使产生倍增的电子-空穴对，从而能够提高量子效率。并且，金属氧化物量子点层具有良好的导电性能，能够致密地覆盖在硅太阳能电池表面并形成良好的表面钝化效果，由此就可以大幅提高少数载流子寿命。量子效率、少子寿命等各方面性能的提高最终使晶硅太阳能电池片的光电转化效率得到提高。
【发明内容】
[0005]本发明采用一种在常温下简单快速的化学液相沉积工艺方法在晶硅电池片的表面生长半导体量子点层，这种量子点层能够与晶硅表面形成紧密接触的异质结并具有良好的物理、化学稳定性，能够大幅提高电池片的量子效率、少子寿命、光生载流子的浓度及晶硅太阳能电池的光电转化效率。这种技术不改变现有晶硅太阳能电池的制作工艺，成本低，无污染，适合大规模工业生产，极有发展前途。
[0006]本发明的技术方案为:
[0007]一种具有高量子效率的QDs/Si异质结复合晶硅片的制备方法，包括以下步骤:
[0008]I)预处理液的配制:氢氟酸与二次蒸馏水配制浓度为0.5?5mol/L的预处理液；
[0009]2)金属源溶液的配制:配制金属离子浓度为0.0001?0.lmol/L的水溶液；
[0010]3)晶硅电池片的预处理:将做好p-n结的晶硅电池片浸入预处理液中I?60s，取出，沥干；
[0011]4)金属源在硅片上的沉积:将预处理过的硅片浸入金属源溶液中I?60s，取出，沥干；
[0012]5)退火处理:将沉积完沥干的硅电池片在高温炉中高温处理，处理温度100?900 °C，处理时间I?1min ；
[0013]6)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QDs/Si异质结复合晶硅电池片。
[0014]本发明提出的具有高量子效率的QDs/Si异质结复合晶硅片，具有以下优点和特占.V.
[0015]a)本发明所制备的复合电池片表面形貌均匀，且稳定性好；
[0016]b)本发明工艺操作方法简单快捷，原料易得；实验操作条件容易控制，具有很好的工业大规模应用前景；
[0017]c)本发明制备的量子点层具有很好的钝化效果，能够明显提高少子寿命；
[0018]d)制备的太阳能电池片可以大幅提高电池的量子效率、开路电压、短路电流、填充因子以及光电转化效率。
【附图说明】
[0019]图1为实施例1具有尚量子效率的QDs/Si异质结复合晶娃片的断面不意图。
[0020]图2为实施例1具有高量子效率的QDs/Si异质结复合晶硅片的FESEM平面图像。
[0021]图3为实施例1具有高量子效率的QDs/Si异质结复合晶硅片的
[0022]FESEM断面图像。
[0023]图4为实施例1具有高量子效率的QDs/Si异质结复合晶硅片的量子效率图。
[0024]图5为实施例1具有高量子效率的QDs/Si异质结复合晶娃片的少子寿命分布信息图。
【具体实施方式】
[0025]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。
[0026]实施例1
[0027]本实施例提供的具有高量子效率的QDs/Si异质结复合晶硅片的制备方法及其应用，具体步骤如下:
[0028](a)配制lmol/L的预处理液；量取一定量40%氢氟酸，加入一定量蒸馏水，使氢氟酸浓度为lmol/L。
[0029](b)配制金属源溶液；称量一定量四氯化锡，加入蒸馏水搅拌均匀。使四氯化锡浓度为 0.001mol/Lo
[0030](c)将电池片浸入预处理液中15s，取出，沥干；再浸入金属源溶液中15s，取出，沥干。
[0031](d)使用高温炉800°C下处理5min。
[0032]实施例2
[0033]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)，预处理液氢氟酸浓度为 0.5mol/Lo
[0034]实施例3
[0035]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)，预处理液氢氟酸浓度为 2mol/Lo
[0036]实施例4
[0037]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)，预处理液氢氟酸浓度为 5mol/Lo
[0038]实施例5
[0039]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)，所用的金属源为硝酸银盐。
[0040]实施例6
[0041]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)，所用的金属源为铅的氯化物、醋酸盐或硝酸盐。
[0042]实施例7
[0043]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)，量取一定量四氯化锡，配制得四氯化锡的浓度为0.005mol/Lo
[0044]实施例8
[0045]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)，量取一定量四氯化锡，配制得四氣化锡的浓度为0.01mol/Lo
[0046]实施例9
[0047]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)，量取一定量四氯化锡，配制得四氯化锡的浓度为0.0001mol/Lo
[0048]实施例10
[0049]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)，将电池片浸入预处理液中10s，取出，沥干；再浸入源溶液中10s，取出，沥干。
[0050]实施例11
[0051]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)，将电池片浸入预处理液中30s，取出，沥干；再浸入源溶液中30s，取出，沥干。
[0052]实施例12
[0053]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)，将电池片浸入预处理液中45s，取出，沥干；再浸入源溶液中45s，取出，沥干。
[0054]实施例13
[0055]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)，将电池片浸入预处理液中60s，取出，沥干；再浸入源溶液中60s，取出，沥干。
[0056]实施例14
[0057]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)，使用马弗炉在400 °C 下处理 5min。
[0058]实施例15
[0059]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)，使用马弗炉在600 °C 下处理 5min。
[0060]实施例16
[0061]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)，使用马弗炉在900 °C 下处理 5min。
[0062]实施例17
[0063]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)，使用马弗炉在800 °C 下处理 Imin。
[0064]实施例18
[0065]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)，使用马弗炉在800 °C 下处理 3min。
[0066]实施例19
[0067]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)，使用马弗炉在800 °C 下处理 7min。
[0068]实施例20
[0069]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)，使用马弗炉在800°C 下处理 1min。
[0070]实施例2-20通过分别改变金属源溶液、反应时间、烧结温度、烧结时间等条件可不同程度改变所述复合晶硅片的微观形貌及光电性能。
【主权项】
1.一种具有高量子效率的QDs/Si异质结复合晶硅片的制备方法其特征在于，包括以下步骤:1)预处理液的配制:氢氟酸与二次蒸馏水配制浓度为0.5?5mol/L的预处理液； 2)金属源溶液的配制:配制金属离子浓度为0.0OOl?0.lmol/L的水溶液；3)晶硅电池片的预处理:将做好p-n结的晶硅电池片浸入预处理液中I?60s，取出，沥干；4)金属源在硅片上的沉积:将预处理过的硅片浸入金属源溶液中I?60s，取出，沥干; 5)退火处理:将沉积完沥干的硅电池片在高温炉中高温处理，处理温度100?900°C，处理时间I?1min ； 6)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QDs/Si异质结复合晶硅电池片。
2.根据权利要求1所述的具有高量子效率的QDs/Si异质结复合晶硅片的制备方法，其特征在于:步骤(2)中的金属源为锡、银或铅的无机或有机盐中的一种。
3.根据权利要求1所述的具有高量子效率的QDs/Si异质结复合晶硅片的制备方法，其特征在于:所述晶娃片为单晶娃、多晶娃或非晶娃片。
【专利摘要】本发明公开了一种具有高量子效率的QDs/Si异质结复合晶硅片的制备方法及其应用。本发明使用化学液相沉积法将具有宽带隙的半导体量子点层均匀地生长在晶硅表面，并经后续处理后形成QDs/Si异质结。该量子点层不仅能够调制复合晶硅电池的能隙，并且量子点特有的量子限域效应可以有效地大幅提高晶硅电池片的量子效率以及少子寿命，从而提高电池片的整体光电转化效率。本发明还具有以下优点：1、工艺条件简便易操作；2、设备简单适合工业化大规模生产；3、原料易得，价格低廉。且生产过程中无有毒有害物质产出。所述晶硅片为单晶硅、多晶硅、非晶硅或微晶硅片。
【IPC分类】H01L31-18
【公开号】CN104600154
【申请号】CN201410840511
【发明人】余锡宾, 杨海, 吴刚, 吴圣垚
【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