[发明专利]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

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。