专利名称：含有下转换发光量子点的晶体硅及其制备方法
技术领域：
本发明属于晶体硅制造技术领域，涉及一种含有下转换发光量子点的晶体硅制备方法，本发明还涉及该种方法制备的含有下转换发光量子点的晶体硅。
背景技术：
太阳电池可以直接将光能转化为电能，是一种可以有效利用太阳能的方式，也是重要的可再生清洁能源。近十年来，在快速发展的光伏产业中，高效率及低成本一直是两个主要竞争点，晶体硅作为当前最主要的太阳能电池材料，凭借其电池的高效稳定一直占据着光伏市场的大部分份额。目前限制晶体硅太阳电池大规模应用的主要障碍仍然是其较高的成本，所以不断提高晶体硅太阳电池的转换效率并降低成本一直是工业界和研究界不断努力的目标。通常情况下，到达地面的太阳能光谱(AMl. 5)其能量约1000/m2，波长覆盖20(T2500nm，然而晶体硅对近紫外区域的光利用率很低。为了能够更充分、更合理的吸收太阳光，提高晶体硅太阳电池的光电转换效率，较多研究所与高校研究人员做了大量研究。其中包括在硅单晶表面镀理想的下转换发光层以及制备大块下转换光谱功能的电池组件封装玻璃，利用特种玻璃的光谱转换功能实现近紫外光的下转换，从而提高晶体硅太阳电池的光电转换效率。但因玻璃的高温熔融制备很难保证其光谱转换效率的稳定性以及工艺想的复杂，不具备大批量生产的可能性。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用上述方法制备的含有下转换发光量子点的晶体硅，解决了现有技术中晶体硅对近紫外区域的光利用率低，太阳电池转换效率低的问题。本发明的另一目的是提供一种含有下转换发光量子点的晶体硅制备方法。本发明所采用的技术方案是，一种含有下转换发光量子点的晶体硅，所述晶体硅中的稀土兀素的浓度为101° 1016atoms/cm3。本发明所采用的另一技术方案是，一种含有下转换发光量子点的晶体硅制备方法，按照以下步骤实施步骤I.在太阳能级多晶娃原料中掺入8ppbw 120ppmw—种稀土元素,利用常规CZ法制得单晶硅，或利用铸锭法制得多晶硅；所述单晶硅或多晶硅中稀土元素的浓度为IO10 1016atoms/cm3 ；步骤2.将步骤I得到的单晶硅或多晶硅，在700°C 1000°C进行退火处理，获得含有下转换发光量子点的单晶硅或多晶硅，即成。本发明的有益效果是I)该方法工艺简单，成本低，能够利用下转换发光量子点显著提高晶体硅太阳电池转换效率。2)本发明中的退火步骤可以使晶体中氧元素团聚在稀土元素周围，在晶体硅中形成具有荧光效应的量子点结构，该结构吸收一个高能光子后电子跃迁至高能态，之后在回落基态时释放2个低能光子，2个低能光子被硅基材吸收形成光生载流子，从而提高了高能光子利用效率，提高太阳电池对紫外波段区域光的利用率，提高太阳电池转换效率。3)采用本发明方法制备的硅晶体应用于太阳电池，由于稀土离子的电学特性所以在硅单晶中不显电性，即稀土离子对硅材料的电学性能不会产生影响；同时经过退火处理后，形成下转换发光量子点，能够有效的提高硅材料对紫外波段光的利用率，利用该晶体制得的太阳电池显著提高了转换效率。
具体实施例方式本发明的含有下转换发光量子点的单晶硅制备方法，按照以下步骤实施步骤I.在太阳能级多晶娃原料中掺入8ppbw 120ppmw—种稀土元素,利用常规CZ法制得单晶硅；所述单晶硅中稀土元素的浓度为IO1卜1016atoms/cm3，(即每立方厘米体积中的原子数量); 稀土元素优选镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、铕(Eu)、铽(Tb)、镝(Dy)、镱(Yb)或镥(Lu)之一，或镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、铕(Eu)、铽(Tb)、镝(Dy)、镱(Yb)或镥(Lu)其中之一的氧化物；步骤2.将步骤I得到的单晶硅，在700°C 1000°C进行退火处理，获得含有下转换发光量子点的单晶硅，即成。实施例I选取单晶硅A和单晶硅B，单晶硅A为常规CZ法获得P型单晶硅，单晶硅B为在太阳能级多晶硅原料中掺入50ppbw镱(Yb)利用CZ法制得的，在单晶硅A、单晶硅B上分别选取一段，得到单晶硅A'段和单晶硅B'段，其中单晶硅A段和单晶硅B段不进行退火处理，单晶硅A'段和单晶硅B'段在800°C退火处理2小时；将四段晶体进行切片制得太阳电池，并利用太阳能电池特性测试仪进行转换效率检测，获得以下数据，见表I :表I、实施例I四段晶体进行切片制得太阳电池转换效率检测对比
晶体编号掺杂元素种类~热处理条件转换效率^
晶体 AB%18. 11%
晶体 BB+ II (Yb)I18. 17%
晶体A'B800°C热处理2小时 18. 09%
晶体 B'B+ II (Yb)800°C热处理 2 小时 18. 44%实施例2选取单晶硅C和单晶硅D，经晶体硅C为常规CZ法获得P型单晶硅，单晶硅D为在太阳能级多晶硅原料中掺入IOOppbw镨(Pr)利用CZ法制得的，在单晶硅C和单晶硅D上分别选取一段，得到单晶硅C'段和单晶硅D'段，其中单晶硅C段和单晶硅D段不进行退火处理，单晶硅C'段和单晶硅D'段在800°C退火处理2小时；将四段晶体进行切片制得太阳电池，并利用太阳能电池特性测试仪进行转换效率检测，获得以下数据，见表2 表2、实施例2四段晶体进行切片制得太阳电池转换效率检测对比
权利要求
1.一种含有下转换发光量子点的晶体硅，其特征在于，所述晶体硅中的稀土元素的浓度为 IOici 1016atoms/cm3。
2.根据权利要求I所述的含有下转换发光量子点的晶体硅，其特征在于所述的稀土元素是镧、铺、镨、钕、铕、铺、镝、镱或镥。
3.根据权利要求I所述的含有下转换发光量子点的晶体硅，其特征在于所述的稀土元素是镧、铈、镨、钕、铕、铽、镝、镱或镥其中之一的氧化物。
4.一种制备权利要求I所述的含有下转换发光量子点的晶体娃的方法，其特征在于按照以下步骤实施 步骤I.在太阳能级多晶娃原料中掺入8ppbw 120ppmw —种稀土元素，利用CZ法制得单晶硅，或利用铸锭法制得多晶硅；所述单晶硅或多晶硅中稀土元素的浓度为IO10 1016atoms/cm3 ； 步骤2.将步骤I得到的单晶硅或多晶硅，在700°C 1000°C进行退火处理，获得含有下转换发光量子点的单晶硅或多晶硅，即成。
5.根据权利要求4所述的含有下转换发光量子点晶体硅的制备方法，其特征在于所述的稀土元素是镧、铺、镨、钕、铕、铺、镝、镱或镥。
6.根据权利要求5所述的含有下转换发光量子点晶体硅的制备方法，其特征在于所述的稀土元素是镧、铈、镨、钕、铕、铽、镝、镱或镥其中之一的氧化物。
全文摘要
本发明公开了一种含有下转换发光量子点的晶体硅制备方法，按照以下步骤实施步骤1.在太阳能级多晶硅原料中掺入8ppbw~120ppmw一种稀土元素，利用常规CZ法制得单晶硅，或利用铸锭法制得多晶硅；所述单晶硅或多晶硅中稀土元素的浓度为1010~1016atoms/cm3；步骤2.将步骤1得到的单晶硅或多晶硅，进行退火处理，获得含有下转换发光量子点的单晶硅或多晶硅，即成。本发明还公开了上述方法制备得到的含有下转换发光量子点的晶体硅，在单晶硅或多晶硅中的稀土元素的浓度为1010~1016atoms/cm3。本发明方法制得的太阳电池具有更高转换效率。
文档编号C30B29/06GK102828242SQ20121032712
公开日2012年12月19日 申请日期2012年9月6日 优先权日2012年9月6日
发明者张群社, 祁伟 申请人:西安隆基硅材料股份有限公司, 无锡隆基硅材料有限公司, 宁夏隆基硅材料有限公司, 银川隆基硅材料有限公司