[發(fā)明專利]p型疊層漸變帶隙硅量子點多層膜及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請日: 2019-10-12
• 公開（公告）號: CN110854215A
• 公開（公告）日: 2020-02-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 單丹;周壽斌;唐明軍;楊瑞洪;曹蘊清;錢松;仇實;陳雪圣
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇華富儲能新技術(shù)股份有限公司;揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院
• 主分類號: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224;H01L31/028;H01L31/0352;H01L31/0745;H01L31/18
• 代理公司: 南京蘇創(chuàng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32273
• 代理人: 張艷

本發(fā)明公開了一種p型疊層漸變帶隙硅量子點多層膜及其制備方法和應(yīng)用，屬于光電技術(shù)領(lǐng)域，該p型疊層漸變帶隙硅量子點多層膜包括6層硅量子點薄膜，每兩層硅量子點薄膜厚度一致，相同厚度規(guī)格的硅量子點薄膜相鄰，相鄰的碳化硅薄膜之間有一層硅量子點薄膜。該制備方法為通過等離子體增強氣相沉積工藝在n型硅襯底2和n型硅納米線3上生長p型疊層漸變帶隙硅量子點多層膜。該應(yīng)用采用p型疊層漸變帶隙硅量子點多層膜制備太陽能電池，該電池包括依次疊加的Al電極層、n型硅襯底、n型硅納米線、p型疊層漸變帶隙硅量子點多層膜、石墨烯層和Au電極層。本發(fā)明利用疊層硅量子點多層薄膜的漸變帶隙來拓寬吸收層中的光響應(yīng)范圍，改善了器件的光電性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及p型疊層漸變帶隙硅量子點多層膜及其制備方法和應(yīng)用，屬于光電技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著新一代太陽能電池的不斷發(fā)展，納米硅結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是一種能夠較好地調(diào)節(jié)禁帶寬度實現(xiàn)寬光譜響應(yīng)的材料，其中，利用納米硅結(jié)構(gòu)與單晶硅襯底構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)太陽能電池一直是人們廣泛關(guān)注的研究熱點。但是，一方面由于有源層的厚度比較小，對光的吸收效率比較低。從而導(dǎo)致納米硅-單晶硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率比較低下（5-6%）。另一方面，增加有源層的厚度又會在器件里引入更多的表面態(tài)和缺陷態(tài)，導(dǎo)致器件性能的下降。因此，需要探索利用納米技術(shù)實現(xiàn)薄膜電池寬光譜吸收和響應(yīng)的有效途徑。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種p型疊層漸變帶隙硅量子點多層膜及其制備方法和應(yīng)用，其具體技術(shù)方案如下：

p型疊層漸變帶隙硅量子點多層膜，包括 6層硅量子點薄膜和7層碳化硅薄膜，每兩層硅量子點薄膜厚度一致，有三種厚度規(guī)格，相同厚度規(guī)格的硅量子點薄膜相鄰，從一側(cè)到其相對側(cè)，每兩層硅量子點薄膜的厚度依次變小，相鄰的碳化硅薄膜之間墊有一層硅量子點薄膜，形成夾層結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，所述硅量子點薄膜的厚度依次為8 nm、4 nm和2 nm，所述碳化硅薄膜的厚度為2 nm。

p型疊層漸變帶隙硅量子點多層膜的制備方法，包括以下步驟：

（1）選取n型硅襯底，通入流量為20 sccm的氫氣，在射頻功率為20 W的條件下進(jìn)行預(yù)處理5分鐘；

（2）將反應(yīng)腔抽至真空，通入甲烷（CH₄）和硅烷（SiH₄）的混合氣體作為反應(yīng)氣體，固定反應(yīng)氣體流量比R=[CH4]/[SiH4] = 50 sccm : 5 sccm，制備非晶碳化硅薄膜，直到沉積薄膜的厚度為2 nm，即2 nm厚的碳化硅薄膜；

（3）將反應(yīng)腔抽至真空，通入硅烷（SiH₄）和硼烷（B₂H₆）混合氣體作為反應(yīng)氣體，固定反應(yīng)氣體流量比R=[B₂H₆]：[SiH₄] = 3 sccm : 5 sccm，沉積硼摻雜非晶硅薄膜，沉積時間為80 s，在2 nm厚的碳化硅薄膜上沉積薄膜厚度為8 nm，即8 nm厚的硅量子點薄膜；

（4）重復(fù)步驟（2）和（3），沉積得到交替的2 nm厚的碳化硅薄膜、8 nm厚的硅量子點薄膜、2 nm厚的碳化硅薄膜和8 nm厚的硅量子點薄膜；

（5）重復(fù)步驟（2），在步驟（4）得到的薄膜上沉積一層2 nm厚的碳化硅薄膜；

（6）將步驟（3）沉積時間變?yōu)?0 s，在步驟（5）得到薄膜上沉積厚度為4 nm的硼摻雜非晶硅薄膜，即4 nm厚的硅量子點薄膜；

（7）重復(fù)步驟（5）和（6），在步驟（6）制得的薄膜上沉積2 nm厚的碳化硅薄膜和4 nm厚的硅量子點薄膜；

（8）重復(fù)步驟（2），在步驟（7）得到的薄膜上沉積一層2 nm厚的碳化硅薄膜；