[發明專利]具有量子點納米線陣列的太陽能電池及其制造方法

無效

• 申請號: 200880130715.1
• 申請日: 2008-11-10
• 公開（公告）號: CN102119446A
• 公開（公告）日: 2011-07-06
• 發明（設計）人: 金慶中;李雨
• 申請（專利權）人: 韓國標準科學研究院
• 主分類號: H01L31/042
• 分類號: H01L31/042
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 謝順星

技術領域

本發明涉及具有量子點納米線陣列的太陽能電池及其制造方法，并且更具體地，涉及具有內部嵌入半導體量子點的量子點納米線陣列的太陽能電池及其制造方法。

背景技術

由于針對被認為造成全球變暖的二氧化碳(CO₂)排放的京都議定書已經在1997年12月正式通過，為了大量減小二氧化碳(CO₂)，已經積極開展了可再生的并且清潔的替代能源(諸如太陽能、風力和水力)的研究。

作為清潔的替代能源而被關注的光電器件(太陽能電池)是指利用光電效應(半導體吸收光以產生電子和空穴)產生電流-電壓的器件。

已經主要使用無機半導體材料(諸如，硅或砷化鎵(GaAs))的n-p二極管，已證明其穩定性和有效性，但是，其高制造成本已經成為太陽能電池被大量使用的阻礙。

雖然已經積極開發了使用染色敏化材料和有機/聚合材料的更便宜的太陽能電池，由于其低效能和因劣化而急轉的短壽命，相比于基于硅的太陽能電池，其市場份額很低，大約3％。

雖然大部分光電器件使用單晶硅和多晶硅，構建太陽能系統的硅原料和晶片所占的成本超過了所有構建成本的40％，因此，已經努力通過結構上(形態上)或物理上(帶隙設計)的手段來減少生產單位電能所需的硅的量，以及通過薄膜器件使硅的消耗最少。

發明內容

技術問題

本發明的目的是提供一種太陽能電池，其能夠在從可見光到紅外光的寬光譜范圍內進行光電轉換，能夠通過材料的帶隙設計最大化光吸收，以及能夠提高由吸收光而產生的電子和空穴的導電效率。本發明的另一個目的是提供一種簡單且經濟的具有可控帶隙能量及光吸收層的高效率太陽能電池的制造方法，其中，用于進行光電轉換的光吸收層具有大的特定表面面積。

技術方案

為了實現上述目的，本發明提供了一種制造具有量子點納米線陣列的太陽能電池的方法，包括：

a)通過在摻有p型或n型雜質的半導體基片的上部重復堆疊由半導體氮化物或半導體氧化物形成的基質層以及半導體層來制造多層體；b)通過垂直于半導體基片部分刻蝕多層體來制造由多個量子點納米線構成的量子點納米線陣列，量子點納米線的一端固定在半導體基片上并且相互隔開以垂直排列，以及；將摻有與半導體基片的雜質類型相反的雜質的半導體沉積在形成有量子點納米線陣列的半導體基片的上部上，并使用該摻有相反類型的雜質的半導體來至少填充量子點納米線的另一端與半導體基片之間的空間隔；以及d)在半導體基片的下部上形成下電極，并且在形成有量子點納米線陣列及摻有相反類型的雜質的半導體表面的上部表面上，或者在摻有相反類型的雜質的半導體表面的上部上，形成上電極，使得上電極與下電極相對應。

制造具有量子點納米線陣列的太陽能電池的方法，具體包括：a)通過在摻有p型或n型雜質的半導體基片上交替氮化硅(或氧化硅)層和半導體層制造多層膜；b)通過垂直于半導體基片部分地刻蝕多個堆疊層來制造量子點納米線陣列，該納米線陣列的一端固定在半導體基片上并且相互隔開以垂直設置；)使用摻有相反類型的雜質的半導體來填充量子點納米線的另一端與半導體基片之間的空間隔；以及d)在半導體基片的下部上形成下電極，在形成有量子點納米線陣列的上部上形成上電極。

步驟a)的多層體可以通過使用PVD或CVD的沉積工藝制造，并且構成該多層體的半導體層和基質層可以相互獨立地具有小于10nm的厚度；構成該多層體的多個半導體層可以具有不同的厚度，并且各半導體層相互獨立地的厚度可以小于10nm。步驟b)可以包括：b1-1)在多層體的上部上以網型沉積Ag、Au或為過渡金屬的催化劑金屬；以及b1-2)使用包含氫氟酸和雙氧水的混合水溶液進行濕刻蝕。

步驟b)還可以包括：b2-1)在量子點多層體的上部上形成圓形金屬納米點陣列；以及

b2-2)使用金屬納米點作為掩模進行反應離子刻蝕(RIE)。

此時，通過步驟b)的刻蝕(濕刻蝕或反應離子刻蝕)制造復合納米線形狀，其中依次重復地連接納米盤形基質和納米盤形半導體，并且納米盤形半導體的表面在刻蝕過程中或刻蝕過程之后自然氧化。

通過步驟b)的刻蝕制造量子點納米線，其半導體量子點嵌入基質中，并且通過構成多層體的每一半導體層的厚度來控制半導體量子點的尺寸，并且借助所述基質的種類、所述半導體量子點的尺寸或其組合來控制光吸收波長。

步驟c)可以是使用CVD或PVD的沉積。

半導體基片可以是p型(或n型)硅基片，摻有相反類型的雜質的半導體是n型(或p型)硅，基質是氧化硅或氮化硅，多層體的半導體層是硅。