[發明專利]一種CdSe量子點敏化多晶硅太陽能電池材料的制備方法

有效

• 申請號: 201310701960.6
• 申請日: 2013-12-19
• 公開（公告）號: CN103903867A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 關成善;宗繼月;孟博;孫啟壯
• 申請（專利權）人: 山東精工電子科技有限公司
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/042
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種敏化太陽能電池材料的制備方法?，尤其涉及一種CdSe量子點敏化多晶硅太陽能電池材料的制備方法。?

背景技術

隨著人類面臨的環境與能源問題的持續惡化，加強環境保護和開發清潔能源是人類高度關注的焦點。因此，近年來人們對太陽能開發和利用的研究進展極為迅速。作為一種重要的光電能量轉換器件，太陽能電池的研究一直受到人們的熱切關注。目前市場上主流的太陽能電池是單晶硅太陽能電池和多晶硅太陽能電池。?

太陽能電池利用“帶隙”把太陽的光能轉換成電能。帶隙是指半導體中“價帶”與“導帶”的能量差，其數值因半導體的種類而異。由硅等半導體制成的太陽能電池板在受到光線照射后，低能級p型半導體“價帶”中的電子將吸收光能，向高能級n型半導體的“導帶”移動。此時產生的電壓差就作為電力輸出。?　??在陽光之中，從長波長的紅外線到短波長的紫外線，包含的光線波長各異。光的能量因波長而異，波長越短的光線能量越大。對于晶體硅太陽能電池，長波長的紅外線光能過低，因此，價帶中的電子無法躍遷到導帶。也就是說，紅外線不轉換為電能。其中能夠作為電力輸出的能量僅限于帶隙部分。在照射能量高于帶隙的紫外線時，其差值將以熱量的形式逸散。也就是說，越縮小帶隙，轉換效率越低。?這就是晶體硅太陽能電池的能量轉換效率上限停滯在30％的原因。?

發明內容

本發明的目的是提供高光電轉化效率的一種CdSe量子點敏化多晶硅太陽能電池材料的制備方法。?

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：一種CdSe量子點敏化多晶硅太陽能電池材料的制備方法，其特征在于：（1）由CdSe量子點和多晶硅材料組成，在多晶硅材料的制備過程中摻入CdSe量子點，其質量比為100:1；（2）摻雜的CdSe量子點尺寸為3~5nm；（3）高純硅的制備方法中，以硅烷為硅源，利用氣相沉積法提純硅；（4）利用通N₂的噴射管將熔融的硅與CdSe量子點一同噴射到二氧化硅襯底上，其流速為1.5L/min；（5）退火階段，降溫速度為400℃/h。?

此方法中，包括以下步驟，第一步：以硅烷為原料，通過熱分解爐，在1500℃條件下利用氣相沉積法制備純度較高的層狀多晶硅；第二步：水相中制備CdSe量子點，采用分步法制備CdSe量子點：a：稱取?2.2835g?乙酸鉻，用無氧水配成?50mL?溶液并置于80攝氏度的水浴中；分別稱取?0.0158g?Se?粉和?0.0263g?NaBH₄?依次倒入除過氧的燒瓶中，密封，加水?4mL，反應完全后的澄清透明溶液即為?NaHSe?溶液，取?8.75mL?CdCl₂?溶液倒入?50mL?三口圓底燒瓶中，用針筒量取?9.25mL已除過氧的二次蒸餾水，再加入?10.2ul?巰基丙酸，并用?2.0mol/L?的?NaOH?調節溶液的?pH?值至11后迅速注入?2mL?新制得?NaHSe?溶液，反應?4h；將制備的母液以與丙酮1∶6?的比例混合、離心分離，得到的沉淀物即為?CdSe?量子點，該條件下制備的量子點尺寸為3~5nm；第三步：將第一步制得的10g多晶硅薄膜置于1500℃高溫下煅燒、融解，稱取0.1gCdSe量子點粉末置于其中，混合均勻后以N₂為氣源，控制流速為1.5L/min，用噴射管將二者混合物吹至已生長了一層二氧化硅的襯底上，形成一層多晶硅薄膜，制得的多晶硅薄膜經過400℃/h的退火處理，即可得CdSe量子點敏化多晶硅太陽能電池材料。?

本發明的優點效果在于：使用本發明所述的方法，其原理便是利用量子點的“量子隧道效應”，用物理熔融的方法將CdSe量子點摻入太陽能電池材料中，從而制備出摻雜量子點的多晶硅材料，該方法制作的材料可有效增大太陽能電池的轉化效率達50%左右，大大提高了電子轉化利用率。?

附圖說明

圖1為中間帶材料的結構示意圖；?

圖2為量子點中間帶太陽能電池的能級結構示意圖；

圖3為摻雜CdSe量子點的多晶硅天陽能電池材料內部電子運動示意圖。?

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明：?

本發明如圖1、2所示，一種CdSe量子點敏化多晶硅太陽能電池材料的制備方法，其特征在于：（1）由CdSe量子點和多晶硅材料組成，在多晶硅材料的制備過程中摻入CdSe量子點，其質量比為100:1；（2）摻雜的CdSe量子點尺寸為3~5nm；（3）高純硅的制備方法中，以硅烷為硅源，利用氣相沉積法提純硅；（4）利用通N₂的噴射管將熔融的硅與CdSe量子點一同噴射到二氧化硅襯底上，其流速為1.5L/min；（5）退火階段，降溫速度為400℃/h；在本實施例中，第一步：以硅烷為原料，通過熱分解爐，在1500℃條件下利用氣相沉積法制備純度較高的層狀多晶硅；第二步：水相中制備CdSe量子點，采用分步法制備CdSe量子點：a：稱取?2.2835g?乙酸鉻，用無氧水配成?50mL?溶液并置于80攝氏度的水浴中；分別稱取?0.0158g?Se?粉和?0.0263g?NaBH₄?依次倒入除過氧的燒瓶中，密封，加水?4mL，反應完全后的澄清透明溶液即為?NaHSe?溶液，取?8.75mL?CdCl₂?溶液倒入?50mL?三口圓底燒瓶中，用針筒量取?9.25mL已除過氧的二次蒸餾水，再加入?10.2ul?巰基丙酸，并用?2.0mol/L?的?NaOH?調節溶液的?pH?值至11后迅速注入?2mL?新制得?NaHSe?溶液，反應?4h；將制備的母液以與丙酮1∶6?的比例混合、離心分離，得到的沉淀物即為?CdSe?量子點，該條件下制備的量子點尺寸為3~5nm；第三步：將第一步制得的10g多晶硅薄膜置于1500℃高溫下煅燒、融解，稱取0.1gCdSe量子點粉末置于其中，混合均勻后以N₂為氣源，控制流速為1.5L/min，用噴射管將二者混合物吹至已生長了一層二氧化硅的襯底上，形成一層多晶硅薄膜，制得的多晶硅薄膜經過400℃/h的退火處理，即可得CdSe量子點敏化多晶硅太陽能電池材料。