[發明專利]一種半導體納米晶/量子點在晶硅材料上的沉積生長方法

無效

• 申請號: 201110047486.0
• 申請日: 2011-02-28
• 公開（公告）號: CN102184979A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發明（設計）人: 余錫賓;王飛久;杜夢娟;張坤;浦旭鑫
• 申請（專利權）人: 上海師范大學
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/04;H01L31/0216;H01L31/18
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 張美娟

技術領域

本發明涉及一種半導體納米晶/量子點在晶硅材料上的沉積生長方法，屬于太陽能光電轉換材料領域。

背景技術

半導體納米晶或量子點具有消光系數高、本征偶極距大、調制能隙、容易離子化，產生多重激子的特性，作為光吸收劑明顯優于金屬有機染料，理論上可使器件的熱力學效率突破44％。用CdSe量子點敏化的納米TiO₂晶體太陽能電池(QDSCs)光電效率達到10％左右，制作成本僅為硅太陽電池的1/5～1/10，壽命能達到20年以上，被認為是最有希望的第三代太陽能電池。但是，QDSCs的效率目前仍落后于染料敏化太陽能電池(DSCs)，更落后于硅晶太陽能電池。據統計，2007年我國光伏組件產量居世界第一位，2008年，我國太陽能電池產量約占世界總產量的三分之一，產量達到1.8GW，連續兩年成為世界第一大太陽能電池生產國。2010年我國光伏組件產量占全球40％。按當前發展速度，到2020年，我國光伏組件年產量將達到42GW。硅晶太陽電池占據目前光伏市場90％以上。

單晶硅太陽能電池轉換效率最高(理論值31％)，技術也最為成熟。實驗室最高轉換效率為24.7％(我國19.8％)，規模生產效率約為15％，在大規模應用和工業生產中仍占據主導地位。但由于單晶硅成本價格高，大幅度降低其成本很困難。多晶硅薄膜太陽能電池與單晶硅比較，成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜電池，其實驗室最高轉換效率為18％(我國16.5％)，工業規模生產的轉換效率為10％左右。進一步提高硅晶太陽能電池轉換效率和降低生產成本是目前太陽能電池開發應用最重要也是最有效的一個方向。

制約硅晶太陽能電池轉換效率和生產成本主要在于：晶體硅能帶較窄，只能吸收600-1000nm的太陽光，高于能隙的太陽光能只能以“熱電子”-熱能的形式損耗。另一方面，標準平板硅電池部分陽光會通過反射損失掉。為了減少這個損失，電池制造商將電池涂上了Si₃N₄抗反射涂層，或者蝕刻電池的表面以增加光子吸收，這一過程也將大大增加生產成本。

所以，提高硅太陽能電池轉換效率的主要努力方向是提高太陽能的利用效率和電池光電轉換效率(即載流子的利用效率)；降低生產成本一方面通過減少硅晶材料的厚度(即多晶硅薄膜太陽能電池)，另一方面改進現有電池制備工藝，用量子點敏化層代替Si₃N₄減反射鈍化涂層。

發明內容

本發明公開了一種半導體納米晶/量子點在晶硅材料上的沉積生長方法，這種方法工藝簡單、成本低廉、節能環保及適合工業化生產的在晶硅材料上沉積量子點。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現。

一種量子點的硅晶材料，由下列重量比物質組成：

硫、硒、硫化物或硒化物?1-100份；

金屬鹽???1-100份；

溶劑?????100-500份；

偶聯劑???1-10份；

晶硅材料：硅片(硅電池片)。

其中：所述的硫化物為硫化鈉、硫化銨、硫代乙酰胺、硫脲和硫代硫酸鹽中的一種；

所述的硒化物為正硒化物(M₂Se)、多硒化合物(M₂Sen)和酸式硒化物(MHSe)。

所述的金屬鹽為鉛、鉍、銻、鎘、銀、錫、鋅和銅的金屬氯化物、醋酸鹽和硝酸鹽中的一種；

所述的溶劑為水或有機溶劑，所述的有機溶劑為醇類、烷類、烯類，油胺和油酸中的一種；

所述的硅晶材料為單晶硅、多晶硅與非晶硅中的一種。

所述的偶聯劑為陰離子表面活性劑，陽離子表面活性劑，兩性表面活性劑，硅烷偶聯劑或鈦烷偶聯劑等

半導體納米晶/量子點在晶硅材料上的沉積生長方法，其具體步驟如下：

a)預先制成半導體納米晶或量子點，并將其分散在有機溶劑中；

b)在上述體系中加入適量的偶聯劑；

c)將處理后的硅晶材料放入上述量子點分散在水或有機溶劑中，超聲5min～120min，取出，100～400℃真空處理1～10h；

d)將處理后的硅晶材料放入上述量子點分散的有機溶劑中以1～10cm/s提拉，重復1～30次，在100～400℃真空處理1～10h，使得硫化物或硒化物量子點連接到晶硅材料上，并除去揮發性物質，獲得量子點敏化的硅晶材料及量子點敏化的硅基太陽能電池片；

e)以擴散好的晶硅材料為基底，使用旋涂法，滴加好量子點；以1000～8000轉/分鐘的旋涂速度，每次設為旋涂一個周期；共旋涂1～50周期；