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

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。

说明书

技术领域

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。

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。另一方面，由于繁琐的电池制造 工艺，使得晶硅电池的生产成本较高。所以，进一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，这些制造过程工艺繁琐，涉及 多道工序，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，提高晶硅电池片的光电性能。

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，在现有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，继而进入常规晶硅电池的 生产工序，包括：蒸镀减反射膜、丝网印刷、快速烧结等。

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，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：无水乙醇体积比为(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)将腐蚀的晶硅电池片在0.1-1mol/L氟化铵溶液中浸渍超声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0.01-0.5mol/L金属盐水溶 液中，浸渍超声2-15min，进行金属盐处理，取出，放入真空干燥箱；

e)根据晶硅片电池片大小，按每1cm²晶硅电池片称取0.32g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1-15cm，温度200-250℃，真空度 0.097-0.099MPa，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℃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一种。

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，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，可以起到减 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℃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。

附图说明

图1是采用纳米晶/量子点敏化层的晶硅电池结构示意，其中，1是金 属铝背电极，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1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1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1所制备的纳米晶/量子点敏化晶硅的光伏曲线。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的技术方案进一步说明，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1

a)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， 将扩散单晶硅电池片投入清洗液，超声清洗10min，取出，用纯水洗涤；

b)按照40%氢氟酸：无水乙醇体积比为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0.5mol/L氟化铵溶液中浸渍超声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0.1mol/L四氯化锡水溶 液中，浸渍超声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1cm²晶硅电池片，称取0.32g硫粉） 称取0.64g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℃，真空度0.099MPa， 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 10min，取出，置200℃烘箱内干燥10min。

实施例2

a)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10min，取出，用纯水洗涤；

b)按照40%氢氟酸：无水乙醇体积比为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)将腐蚀的多晶硅电池片在0.5mol/L氟化铵溶液中浸渍超声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0.1mol/L四氯化锡水溶 液中，浸渍超声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1cm²晶硅电池片，称取0.32g硫粉） 称取1.6g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℃，真空度0.099MPa， 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 10min，取出，置200℃烘箱内干燥10min。

实施例3

本实施例的制备方法与实施例1所述相同，不同之处是在步骤b)按照 40%氢氟酸：无水乙醇体积比为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1所述相同，不同之处是在步骤c)将腐 蚀的单晶硅电池片在0.1mol/L氟化铵溶液中浸渍超声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1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0.1mol/L氯化锌水溶液中，浸渍超 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1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0.1mol/L醋酸铜水溶液中，浸渍超 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1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0.1mol/L硫酸铜水溶液中，浸渍超 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1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0.01mol/L四氯化锡水溶液中，浸渍 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1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0.5mol/L四氯化锡水溶液中，浸渍 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1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1cm²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11

本实施例的制备方法与实施例1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℃，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12

本实施例的制备方法与实施例1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℃，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13

本实施例的制备方法与实施例1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℃烘箱内干燥5min。

实施例14

本实施例的制备方法与实施例1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℃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：无水乙醇体积比为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1mol/L氟化铵溶液中浸渍超声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0.1mol/L氯化锌水溶液中，浸渍超 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0.1mol/L醋酸铜水溶液中，浸渍超 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0.1mol/L硫酸铜水溶液中，浸渍超 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0.01mol/L四氯化锡水溶液中，浸渍 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，浸渍 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1cm²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℃，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℃，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℃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℃烘箱内干燥15min。