[发明专利]一种半导体纳米晶/量子点在晶硅材料上的沉积生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体纳米晶/量子点在晶硅材料上的沉积生长方法，属于太阳能光电转换材料领域。

背景技术

半导体纳米晶或量子点具有消光系数高、本征偶极距大、调制能隙、容易离子化，产生多重激子的特性，作为光吸收剂明显优于金属有机染料，理论上可使器件的热力学效率突破44％。用CdSe量子点敏化的纳米TiO₂晶体太阳能电池(QDSCs)光电效率达到10％左右，制作成本仅为硅太阳电池的1/5～1/10，寿命能达到20年以上，被认为是最有希望的第三代太阳能电池。但是，QDSCs的效率目前仍落后于染料敏化太阳能电池(DSCs)，更落后于硅晶太阳能电池。据统计，2007年我国光伏组件产量居世界第一位，2008年，我国太阳能电池产量约占世界总产量的三分之一，产量达到1.8GW，连续两年成为世界第一大太阳能电池生产国。2010年我国光伏组件产量占全球40％。按当前发展速度，到2020年，我国光伏组件年产量将达到42GW。硅晶太阳电池占据目前光伏市场90％以上。

单晶硅太阳能电池转换效率最高(理论值31％)，技术也最为成熟。实验室最高转换效率为24.7％(我国19.8％)，规模生产效率约为15％，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位。但由于单晶硅成本价格高，大幅度降低其成本很困难。多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较，成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，其实验室最高转换效率为18％(我国16.5％)，工业规模生产的转换效率为10％左右。进一步提高硅晶太阳能电池转换效率和降低生产成本是目前太阳能电池开发应用最重要也是最有效的一个方向。

制约硅晶太阳能电池转换效率和生产成本主要在于：晶体硅能带较窄，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”-热能的形式损耗。另一方面，标准平板硅电池部分阳光会通过反射损失掉。为了减少这个损失，电池制造商将电池涂上了Si₃N₄抗反射涂层，或者蚀刻电池的表面以增加光子吸收，这一过程也将大大增加生产成本。

所以，提高硅太阳能电池转换效率的主要努力方向是提高太阳能的利用效率和电池光电转换效率(即载流子的利用效率)；降低生产成本一方面通过减少硅晶材料的厚度(即多晶硅薄膜太阳能电池)，另一方面改进现有电池制备工艺，用量子点敏化层代替Si₃N₄减反射钝化涂层。

发明内容

本发明公开了一种半导体纳米晶/量子点在晶硅材料上的沉积生长方法，这种方法工艺简单、成本低廉、节能环保及适合工业化生产的在晶硅材料上沉积量子点。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现。

一种量子点的硅晶材料，由下列重量比物质组成：

硫、硒、硫化物或硒化物 1-100份；

金属盐   1-100份；

溶剂     100-500份；

偶联剂   1-10份；

晶硅材料：硅片(硅电池片)。

其中：所述的硫化物为硫化钠、硫化铵、硫代乙酰胺、硫脲和硫代硫酸盐中的一种；

所述的硒化物为正硒化物(M₂Se)、多硒化合物(M₂Sen)和酸式硒化物(MHSe)。

所述的金属盐为铅、铋、锑、镉、银、锡、锌和铜的金属氯化物、醋酸盐和硝酸盐中的一种；

所述的溶剂为水或有机溶剂，所述的有机溶剂为醇类、烷类、烯类，油胺和油酸中的一种；

所述的硅晶材料为单晶硅、多晶硅与非晶硅中的一种。

所述的偶联剂为阴离子表面活性剂，阳离子表面活性剂，两性表面活性剂，硅烷偶联剂或钛烷偶联剂等

半导体纳米晶/量子点在晶硅材料上的沉积生长方法，其具体步骤如下：

a)预先制成半导体纳米晶或量子点，并将其分散在有机溶剂中；

b)在上述体系中加入适量的偶联剂；

c)将处理后的硅晶材料放入上述量子点分散在水或有机溶剂中，超声5min～120min，取出，100～400℃真空处理1～10h；

d)将处理后的硅晶材料放入上述量子点分散的有机溶剂中以1～10cm/s提拉，重复1～30次，在100～400℃真空处理1～10h，使得硫化物或硒化物量子点连接到晶硅材料上，并除去挥发性物质，获得量子点敏化的硅晶材料及量子点敏化的硅基太阳能电池片；

e)以扩散好的晶硅材料为基底，使用旋涂法，滴加好量子点；以1000～8000转/分钟的旋涂速度，每次设为旋涂一个周期；共旋涂1～50周期；