[發明專利]硅量子點的光活性層及其制作方法

有效

• 申請號: 201280014208.8
• 申請日: 2012-03-22
• 公開（公告）號: CN103443930A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 金慶中;洪升輝;樸裁熙;張淙植
• 申請（專利權）人: 韓國標準科學研究院
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L33/06;H01L33/08;H01L33/34;H01L31/0368
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 顧晉偉;全萬志

技術領域

本發明涉及包含在硅量子點太陽能電池或量子點發光二極管中的光活性層及其制造方法，更具體地涉及具有高導電性以防止由于電阻以及制造成非常厚的膜的形式而引起的光電效率下降的光活性層及其制造方法。

背景技術

考慮到太陽能電池的制造成本和效率，太陽能電池行業被劃分為第一代太陽能電池、第二代太陽能電池和第三代太陽能電池。第一代太陽能電池是已開發了數十年的晶體硅太陽能電池，目前占所有太陽能電池的80％以上。第二代太陽能電池是用于補充具有高效率但也具有高制造成本的硅太陽能電池的缺點的太陽能電池，意味著如無定形硅、化合物、有機薄膜等等的薄膜。而第三代太陽能電池是以較低的成本獲得高效率的太陽能電池，意味著利用納米結構和量子點的新型太陽能電池。

由于第一代太陽能電池的硅太陽能電池已達到技術極限，已經主要在積極地進行第二代薄膜太陽能電池的研究和開發。然而，為了迅速達到太陽能電池的電網平價，需要低成本和高效率的第三代太陽能電池的開發。

已經提出硅量子點太陽能電池作為有前景的第三代太陽能電池。理論上，在這種硅量子點太陽能電池中，單結和三結太陽能電池分別預計有29％和47.5％的高效率。

然而，到現在為止，實際效率根本未接近該理論效率，以致一直在積極地進行研究來找到其原因。

難以獲得高效率的主要原因之一是硅量子點層的低導電性，其中硅量子點被如SiO₂、Si₃N₄等等的電介質封閉。因此，硅量子點太陽能電池的效率由于使用薄的光吸收層變得低。

為了解決上述問題，由于對基于量子點的太陽能電池潛心研究，本申請人提出了一種新型光活性層結構，其使得即使光吸收層的厚度增加，導電性也不降低，并可制造成厚膜的形式。

發明內容

技術問題

本發明的一個目的在于提供具有優異導電性的光活性層及其制造方法，更具體地，提供一種使光電流能夠平穩流動并且沒有其厚度限制的硅量子點光活性層的新結構及其制造方法。

本發明的另一個目的在于提供高效率的太陽能電池，其接收太陽能以產生光電流的光接收層的厚度沒有限制，并且防止由于電阻引起的光電流的損失。

本發明的又一個目的在于提供具有優異導電性的發光二極管，以在施加電流(或電壓)時以高效率產生光。

技術方案

在一個一般性方面中，通過交替地堆疊硅量子點層和導電層形成光活性層，在所述硅量子點層中多個包含導電型雜質的硅量子點形成在硅化合物介質中，所述導電層為多晶硅層，其包含與硅量子點的導電型雜質相同的導電型雜質。

硅量子點層可具有70nm或更小的厚度。更具體地，硅量子點層可具有40nm至70nm的厚度。導電層可具有5nm至10nm的厚度。

光活性層最上部分和最下層中的每一個可形成有硅量子點層。因此，在包含光活性層的太陽能電池中，形成在光活性層最下部分的硅量子點層可接觸硅襯底，而形成在光活性層最上部分的硅量子點層可接觸太陽能電池的前表面電極。

介質可以是氮化硅、氧化硅或其混合物。介質可包含與硅量子點中所含導電型雜質相同的導電型雜質。

在另一個一般性方面，光活性層的制造方法包括：形成硅量子點層的硅量子點層形成步驟，其中在硅化合物的介質中形成包含第一導電型雜質的硅量子點；以及形成導電層的導電層形成步驟，所述導電層是在硅量子點層的上部上包含第一導電型雜質的多晶硅層，其中交替地進行硅量子點層形成步驟和導電層形成步驟以在含第二導電型雜質的硅襯底的上部上制造光活性層，所述第二導電型雜質是與第一導電型雜質互補的雜質，光活性層具有交替堆疊的硅量子點層和導電層。

硅量子點層可具有70nm或更小的厚度。更具體地，硅量子點層可具有40nm至70nm的厚度。

在交替地進行硅量子點層形成步驟和導電層形成步驟時，交替進行的最終步驟可為硅量子點形成步驟，使得硅量子點層形成在光活性層的最上部處。因此，光活性層的最上部和最下層的每一部分可形成有硅量子點層。

在又一個一般性方面中，太陽能電池包括：如上所述的光活性層；設置在光活性層下部上并且包含與光活性層中所含導電型雜質互補的雜質的硅襯底；以及形成在光活性層上部上的上電極和形成在硅襯底下部上的下電極。