专利名称：一种纳米晶/量子点敏化晶硅电池片的化学气相沉积制备方法
技术领域：
本发明涉及ー种纳米晶/量子点敏化晶硅电池片的化学气相沉积制备方法，属于半导体光电材料和太阳能电池领域。
背景技术：
2011年全球光伏产量达到37. 2GW，其中，晶硅电池占据所有光伏电池产品近90%的市场份额。预计2020年全球光伏产量达到100GW，晶硅电池仍然将起主导作用。晶硅电池的理论转化效率约为31%，是目前市场上效率最高，技术最为成熟的光伏器件。但是，实验室报道的晶硅电池最高效率为25%，规模生产的电池，大部分被限制在15%左右。另ー方面，由于繁琐的电池制造エ艺，使得晶硅电池的生产成本较高。所以，进ー步 提高晶硅电池的光电转换效率，降低生产成本，将是晶硅电池努力发展的方向。制约晶硅电池光电转换效率和成本的主要原因主要来自两个方面单晶硅能带较窄，只能吸收600-1000nm的太阳光，高于能隙的太阳光能只能以“热电子”的形式损耗，造成电学损失；同时，部分阳光在电池平板表面的反射造成光学损失。为了减少这些额外损失，通常采用表面织构化，设置钝化层，分区扩散等技术以增加光子吸收，这些制造过程エ艺繁琐，涉及多道エ序，生产成本高昂。通过在晶硅电池片上设置纳米晶/量子点(QDs)敏化层，不仅有助于减少光的反射，增强吸收，而且可以通过纳米晶/量子点减缓“热电子”冷却速率，提闻晶娃电池片的光电性能。
发明内容
本发明的目的是针对现有晶硅电池存在的问题而提供ー种纳米晶/量子点敏化晶硅电池片的化学气相沉积制备方法，在现有晶硅电池片上用化学气相沉积的方法沉积ー层纳米晶/量子点敏化层，继而进入常规晶硅电池的生产エ序，包括蒸镀减反射膜、丝网印刷、快速烧结等。ー种纳米晶/量子点敏化晶硅电池片的化学气相沉积制备方法，具体包括以下步骤a)按照28%氨水30%过氧化氢纯水体积比为I: I: (3-4)的比例配制清洗液，将扩散晶硅电池片投入清洗液，超声清洗5-15min，取出，用纯水洗涤；b)按照40%氢氟酸无水こ醇体积比为(1-3) : I的比例配制腐蚀液，将清洗的扩散晶硅电池片投入腐蚀液中，超声腐蚀2-15min，取出，用纯水洗涤；c)将腐蚀的晶硅电池片在O. 1-lmol/L氟化铵溶液中浸溃超声2_15min，进行表面氢封端处理；d)将氢封端处理的晶娃电池片，投入浓度为O. 01-0. 5mol/L金属盐水溶液中，浸溃超声2-15min，进行金属盐处理，取出，放入真空干燥箱；e)根据晶娃片电池片大小，按甸Icm2晶娃电池片称取O. 32g硫粉,称取相应质量硫粉，作为硫源，放入真空干燥箱；f)使硫源距晶硅电池片中央l_15cm，温度200-250°C，真空度O. 097-0. 099MPa，化学气相沉积5-30min，对硅片表面进行硫化，形成纳米晶/量子点敏化层；g)将纳米晶/量子点敏化的晶硅电池片，浸没在纯水中超声洗涤2_15min，取出，置150-200°C烘箱内干燥5-15min。本发明所述的晶硅为单晶硅、多晶硅、非晶硅或微晶硅。本发明所述的金属盐为锡、锌、铅、铜、铋、锑、镉和银的金属氯化物、醋酸盐、硫酸盐和硝酸盐中的ー种。本发明所制备的纳米晶/量子点尺寸为2-100纳米。
本发明所制备的纳米晶/量子点敏化层厚度为5-500纳米。本发明提出的ー种纳米晶/量子点敏化晶硅电池片的化学气相沉积制备方法，具有以下特点和优点a)本发明的纳米晶/量子点对太阳光具有较强的吸收作用，可以起到減少晶硅电池表面反射的作用，而且纳米晶/量子点能够减缓“热电子”冷却速率，提高晶硅电池片的光电性能；b)对晶硅电池片表面采用腐蚀和氢原子封端处理，能够增强纳米晶/量子点在晶硅电池片表面的牢固性，有效改善界面成膜质量；c)对处理过的晶硅电池片进行硫化物纳米晶/量子点敏化层的化学气相沉积，可以避免硅片与硫直接接触反应造成的交叉污染和界面破坏；d)本发明采用200_250°C的沉积温度，可以减少高温过程产生的诱导应力对硅片造成的损害，同时保证电池片的光电性能；e)本发明所提出的化学气相沉积方法简单，原料价格低廉，适应范围广泛，适合规模化工业生产。
图I是采用纳米晶/量子点敏化层的晶硅电池结构示意，其中，I是金属铝背电扱，2是扩散p-n晶硅层，3是纳米晶/量子点敏化层，4是减反射膜层，5是金属栅极。图2是实施例I所制备的纳米晶/量子点敏化晶硅的场发射扫描电镜照片。图3是实施例I所制备的纳米晶/量子点敏化晶硅的吸收反射光谱。图4是实施例I所制备的纳米晶/量子点敏化晶硅的光伏曲线。
具体实施例方式以下结合具体实施例对本发明的技术方案进ー步说明，其目的仅在于更好理解本发明的内容而非限制本发明的保护范围。实施例Ia)按照28%氨水30%过氧化氢纯水体积比为1: 1:4的比例配制清洗液，将扩散单晶娃电池片投入清洗液，超声清洗IOmin,取出，用纯水洗漆；b)按照40%氢氟酸无水こ醇体积比为3:1的比例配制腐蚀液，将清洗的扩散单晶硅电池片投入腐蚀液中，超声腐蚀5min，取出，用纯水洗涤；
c)将腐蚀的单晶硅电池片在O. 5mol/L氟化铵溶液中浸溃超声5min，进行表面氢封端处理；d)将氢封端处理的单晶硅电池片，投入浓度为O. lmol/L四氯化锡水溶液中，浸溃超声5min,进行金属盐处理,取出，放入真空干燥箱；e)根据单晶硅电池片大小(按每Icm2晶硅电池片，称取O. 32g硫粉)称取O. 64g硫粉，作为硫源，放入真空干燥箱；f)使硫源距单晶硅电池片中央10cm，温度200°C，真空度O. 099MPa,化学气相沉积15min，对硅片表面进行硫化，形成纳米晶/量子点敏化层；g)将纳米晶/量子点敏化的单晶硅电池片，浸没在纯水中超声洗涤lOmin，取出，置200°C烘箱内干燥IOmin。
实施例2a)按照28%氨水30%过氧化氢纯水体积比为1: 1:3的比例配制清洗液，将扩散多晶硅电池片投入清洗液，超声清洗lOmin，取出，用纯水洗涤；b)按照40%氢氟酸无水こ醇体积比为1:1的比例配制腐蚀液，将清洗的扩散多晶硅电池片投入腐蚀液中，超声腐蚀3min，取出，用纯水洗涤；c)将腐蚀的多晶娃电池片在O. 5mol/L氟化铵溶液中浸溃超声3min,进行表面氢封端处理；d)将氢封端处理的多晶硅电池片，投入浓度为O. lmol/L四氯化锡水溶液中，浸溃超声3min，进行金属盐处理，取出，放入真空干燥箱；e)根据多晶硅电池片大小(按每Icm2晶硅电池片，称取O. 32g硫粉)称取I. 6g硫粉，作为硫源，放入真空干燥箱；f)使硫源距多晶硅电池片中央10cm，温度200°C，真空度O. 099MPa,化学气相沉积15min，对硅片表面进行硫化，形成纳米晶/量子点敏化层；g)将纳米晶/量子点敏化的多晶硅电池片，浸没在纯水中超声洗涤lOmin，取出，置200°C烘箱内干燥IOmin。实施例3本实施例的制备方法与实施例I所述相同，不同之处是在步骤b)按照40%氢氟酸无水こ醇体积比为2:1的比例配制腐蚀液，将清洗的扩散单晶硅电池片投入腐蚀液中，超声腐蚀15min，取出，用纯水洗涤。实施例4本实施例的制备方法与实施例I所述相同，不同之处是在步骤c)将腐蚀的单晶硅电池片在0. lmol/L氟化铵溶液中浸溃超声15min,进行表面氢封端处理。实施例5本实施例的制备方法与实施例I所述相同，不同之处是在步骤d)将氢封端处理的单晶硅电池片，投入浓度为0. lmol/L氯化锌水溶液中，浸溃超声5min，进行金属盐处理，取出，放入真空干燥箱。实施例6本实施例的制备方法与实施例I所述相同，不同之处是在步骤d)将氢封端处理的单晶硅电池片，投入浓度为0. lmol/L醋酸铜水溶液中，浸溃超声5min，进行金属盐处理，取出，放入真空干燥箱。实施例7 本实施例的制备方法与实施例I所述相同，不同之处是在步骤d)将氢封端处理的单晶硅电池片，投入浓度为O. lmol/L硫酸铜水溶液中，浸溃超声5min，进行金属盐处理，取出，放入真空干燥箱。实施例8本实施例的制备方法与实施例I所述相同，不同之处是在步骤d)将氢封端处理的单晶硅电池片，投入浓度为O. 01mol/L四氯化锡水溶液中，浸溃超声15min，进行金属盐处理，取出，放入真空干燥箱。实施例9本实施例的制备方法与实施例I所述相同，不同之处是在步骤d)将氢封端处理的单晶硅电池片，投入浓度为O. 5mol/L四氯化锡水溶液中，浸溃超声2min，进行金属盐处理，取出，放入真空干燥箱。实施例10本实施例的制备方法与实施例I所述相同，不同之处是在步骤e)根据单晶硅电池片大小(按每Icm2晶硅电池片，称取O. 32g硫粉)称取6. 4g硫粉，作为硫源，放入真空干燥箱。实施例11本实施例的制备方法与实施例I所述相同，不同之处是在步骤f)使硫源距单晶硅电池片中央1cm，温度200°C，真空度O. 097MPa，化学气相沉积5min，对硅片表面进行硫化，形成纳米晶/量子点敏化层；实施例12本实施例的制备方法与实施例I所述相同，不同之处是在步骤f)使硫源距单晶硅电池片中央15cm，温度250°C，真空度O. 099MPa，化学气相沉积30min，对硅片表面进行硫化，形成纳米晶/量子点敏化层；实施例13本实施例的制备方法与实施例I所述相同，不同之处是在步骤g)将纳米晶/量子点敏化的单晶硅电池片，浸没在纯水中超声洗涤2min，取出，置150°C烘箱内干燥5min。实施例14本实施例的制备方法与实施例I所述相同，不同之处是在步骤g)将纳米晶/量子点敏化的单晶硅电池片，浸没在纯水中超声洗涤15min，取出，置200°C烘箱内干燥15min。实施例15本实施例的制备方法与实施例2所述相同，不同之处是在步骤b)按照40%氢氟酸无水こ醇体积比为3:1的比例配制腐蚀液，将清洗的扩散多晶硅电池片投入腐蚀液中，超声腐蚀2min，取出，用纯水洗涤。实施例16本实施例的制备方法与实施例2所述相同，不同之处是在步骤c)将腐蚀的多晶硅电池片在lmol/L氟化铵溶液中浸溃超声2min，进行表面氢封端处理。实施例17
本实施例的制备方法与实施例2所述相同，不同之处是在步骤d)将氢封端处理的多晶硅电池片，投入浓度为O. lmol/L氯化锌水溶液中，浸溃超声3min，进行金属盐处理，取出，放入真空干燥箱。实施例18本实施例的制备方法与实施例2所述相同，不同之处是在步骤d)将氢封端处理的多晶硅电池片，投入浓度为O. lmol/L醋酸铜水溶液中，浸溃超声3min，进行金属盐处理，取出，放入真空干燥箱。实施例19本实施例的制备方法与实施例2所述相同，不同之处是在步骤d)将氢封端处理的多晶硅电池片，投入浓度为O. lmol/L硫酸铜水溶液中，浸溃超声3min，进行金属盐处理，取出，放入真空干燥箱。
实施例20本实施例的制备方法与实施例2所述相同，不同之处是在步骤d)将氢封端处理的多晶硅电池片，投入浓度为O. 01mol/L四氯化锡水溶液中，浸溃超声15min，进行金属盐处理，取出，放入真空干燥箱。实施例21本实施例的制备方法与实施例2所述相同，不同之处是在步骤d)将氢封端处理的多晶硅电池片，投入浓度为0. 5mol/L四氯化锡水溶液中，浸溃超声2min，进行金属盐处理，取出，放入真空干燥箱。实施例22本实施例的制备方法与实施例2所述相同，不同之处是在步骤e)根据多晶硅电池片大小(按每Icm2晶硅电池片，称取0. 32g硫粉)称取6. 4g硫粉，作为硫源，放入真空干燥箱。实施例23本实施例的制备方法与实施例2所述相同，不同之处是在步骤f)使硫源距多晶硅电池片中央1cm，温度200°C，真空度0. 097MPa，化学气相沉积5min，对硅片表面进行硫化，形成纳米晶/量子点敏化层。实施例24本实施例的制备方法与实施例2所述相同，不同之处是在步骤f)使硫源距多晶硅电池片中央15cm，温度250°C，真空度0. 099MPa，化学气相沉积30min，对硅片表面进行硫化，形成纳米晶/量子点敏化层。实施例25本实施例的制备方法与实施例2所述相同，不同之处是在步骤g)将纳米晶/量子点敏化的多晶硅电池片，浸没在纯水中超声洗涤2min，取出，置150°C烘箱内干燥5min。实施例26本实施例的制备方法与实施例2所述相同，不同之处是在步骤g)将纳米晶/量子点敏化的多晶硅电池片，浸没在纯水中超声洗涤15min，取出，置200°C烘箱内干燥15min。
权利要求
1.ー种纳米晶/量子点敏化晶硅电池片的化学气相沉积制备方法，具体包括以下步骤 a)按照28%氨水30%过氧化氢水体积比为1:1:3-4的比例配制清洗液，将扩散晶硅电池片投入清洗液，超声清洗5-15min，取出，用纯水洗涤； b)按照40%氢氟酸无水こ醇体积比为1-3:1的比例配制腐蚀液，将清洗的扩散晶硅电池片投入腐蚀液中,超声腐蚀2-15min，取出，用纯水洗涤； c)将腐蚀的晶娃电池片在O.1-lmol/L氟化铵溶液中浸溃超声2-15min,进行表面氢封端处理； d)将氢封端处理的晶硅电池片，投入浓度为O.01-0. 5mol/L金属盐水溶液中，浸溃超声2-15min,进行金属盐处理,取出，放入真空干燥箱； e)根据晶娃片电池片大小，按甸Icm2晶娃电池片称取O.32g硫粉，称取相应质量硫粉，作为硫源，放入真空干燥箱； f)使硫源距晶硅电池片中央l_15cm，温度200-250°C，真空度O.097-0. 099MPa，化学气相沉积5-30min，对硅片表面进行硫化，形成纳米晶/量子点敏化层； g)将纳米晶/量子点敏化的晶硅电池片，浸没在纯水中超声洗涤2-15min，取出，置150-200°C烘箱内干燥 5-15min。
2.根据权利要求I所述的纳米晶/量子点敏化晶硅电池片的化学气相沉积制备方法，其特征在于，所述晶娃为单晶娃、多晶娃、非晶娃或微晶娃。
3.根据权利要求I所述的纳米晶/量子点敏化晶硅电池片的化学气相沉积制备方法，其特征在于，所述的金属盐为锡、锌、铅、铜、铋、锑、镉和银的金属氯化物、醋酸盐、硫酸盐和硝酸盐中的ー种。
4.根据权利要求I所述的纳米晶/量子点敏化晶硅电池片的化学气相沉积制备方法，其特征在于，所制备的纳米晶/量子点尺寸为2-100纳米。
5.根据权利要求I所述的纳米晶/量子点敏化晶硅电池片的化学气相沉积制备方法，其特征在于，所制备的纳米晶/量子点敏化层厚度为5-500纳米。
全文摘要
本发明涉及一种纳米晶/量子点敏化晶硅电池片的化学气相沉积制备方法，属于半导体光电材料和太阳能电池领域。在扩散晶硅电池片上用化学气相沉积的方法沉积一层纳米晶/量子点敏化层，纳米晶/量子点对太阳光具有较强的吸收作用，不仅起到减少晶硅电池表面反射的作用，而且可以提高晶硅电池片的光电性能。本发明所提出的化学气相沉积方法简单，原料价格低廉，适应范围广泛，适合规模化工业生产。
文档编号H01L31/18GK102694073SQ201210189399
公开日2012年9月26日 申请日期2012年6月8日 优先权日2012年6月8日
发明者余锡宾, 冯吴亮, 夏玉胜, 浦旭鑫 申请人:上海师范大学