一種直接寬帶隙半導體納米晶/Si異質結復合晶硅片的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及納米技術、半導體技術、異質結和太陽能電池領域，具體是一種直接寬帶隙半導體納米晶/Si異質結復合晶硅片的制備方法及其應用。
技術背景
[0002]傳統(tǒng)硅太陽能電池受限于能量損失和晶體硅本身的特性(晶體硅是一種間接能隙半導體材料，能隙為1.12ev，發(fā)電效率最高只能在900nm附近)，理論轉化效率值最高可達31%，規(guī)?；a(chǎn)的硅電池效率約為15%?20%。進一步提高硅太陽能電池轉換效率和降低生產(chǎn)成本是目前太陽能電池開發(fā)應用最重要也是最有效的一個方向。
[0003]寬禁帶半導體材料(Eg^ 2.3eV)被稱為第三代半導體材料。主要包括金剛石、SiC、II族氧化合物、II族硫化合物、II族砸化合物、III族氮化合物以及這些材料的合金，具有禁帶寬度大、電子漂移飽和速度高、介電常數(shù)小、導電性能好的特點。寬禁帶半導體可以拓寬晶體硅對太陽光的頻譜響應，把Si材料不能很好吸收利用的高能波段(紫外和可見光區(qū))加以利用，產(chǎn)生更多電子一空穴對，提高外部量子效率；此外，其高電子漂移飽和速度也能提高載流子的傳輸速度，從而提高少子壽命。
[0004]硅材料為間接帶隙半導體，對光的吸收不好。在間接帶隙半導體中，通常電子由價帶躍迀到導帶的過程中，會伴隨著動量的變化以維持動量守恒，也就是說光子能量會變成電子的電位能以及聲子的能量總和，其中聲子的能量即為晶格振動，最后會轉換成熱能散逸。硅的帶隙為1.12eV，只有在900nm波長附近有較高的轉換效率。較高能量的光子被吸收后，轉換成熱電子，一部分向低能級傳遞，以光輻射的形式釋放出能量，另一部分則很快復合，極大的限制了硅電池對光能的利用。在直接帶隙半導體中，入射光子將能量轉移至電子的過程不涉及動量變化，能將高能光子轉換成能被直接利用的電子一空穴對，其復合速率遠低于熱電子的復合，從而提升硅電池的量子效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是運用化學浴沉積法，在低溫和常壓下，在晶硅片表面快速沉積生長一層I?10nm厚的寬帶隙半導體納米晶，利用寬禁帶半導體以及納米材料的特性，全面提高硅電池本身的少子壽命和量子效率。
[0006]本發(fā)明的技術方案為:
[0007]一種直接寬帶隙半導體納米晶/Si異質結復合晶硅片的制備方法，具體步驟如下:
[0008]a)寬禁帶半導體納米晶/Si異質結原材料選擇；
[0009]b)溶液的配置:
[0010](I)清洗液濃度:0.05mol/L ?15mol/L ；
[0011](2)半導體納米晶前驅液，金屬離子濃度I?50mg/ml，所含分散劑濃度為0.01?30mg/ml ；
[0012]c)晶硅片的預處理:在清洗液中清洗晶硅片I?200s，去除晶硅片表面死層；然后立即將晶硅片轉移到二次蒸餾水子水中清洗I?lOmin，去除殘留的清洗液，瀝水，吹干；
[0013]d)半導體納米晶的沉積:將預處理的晶硅片浸漬到上述前驅液中I?200s，然后以I?4cm/min的速度提拉，迅速吹干；
[0014]e)退火處理:將沉積有納米晶的晶硅片在100°C?1000°C下退火I?60min，得到納米晶/Si異質結復合晶硅片；
[0015]f)經(jīng)上述處理的晶硅片再按電池片制作工藝，經(jīng)刻蝕、蒸鍍減反膜及制作電極，得到最終半導體納米晶/Si異質結敏化的電池片。
[0016]所述的寬禁帶半導體納米晶/Si異質結原材料選用II1-V族和I1-VI族化合物。
[0017]所述的清洗液為氫氟酸、硝酸、無水乙醇和丙酮中的一種或幾種混合。
[0018]所述的納米晶前驅液的原料為II族和III族元素的無機鹽或有機鹽，例如:硫酸銅、醋酸鉛、醋酸鋅、氯化鋁等，優(yōu)選醋酸鋅；溶質為溶劑為水、甲醇、乙醇、丙酮、甲苯和環(huán)己燒中的一種。
[0019]所述的半導體納米晶前驅液所用的分散劑為羧甲基纖維素(CMC)、聚乙烯醇(PEG)、聚乙烯(PE)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、硬酯酸單甘油酯(GMS)和三硬脂酸甘油酯(HTG)中的一種。
[0020]所述硅片在沉積完半導體納米晶后須經(jīng)退火形成異質結。
[0021 ] 所述的晶硅片為單晶硅、多晶硅、非晶硅或微晶硅。
[0022]上述方法制備的半導體納米晶在硅電池上均勻分布，粒徑為I?lOOnm。
[0023]本發(fā)明中，直接寬帶隙半導體納米晶/Si異質結在晶硅片上的應用能有效提高晶硅片的少子壽命和量子效率(IPCE)，進而提高晶硅電池片的轉換效率。
[0024]本發(fā)明還有以下優(yōu)點:
[0025]1.納米晶能均勻分布在晶硅片表面并與基體硅牢固結合，有很好的光、熱穩(wěn)定性。
[0026]2.納米晶/Si異質結缺陷少，能拓寬晶體硅對太陽光的頻譜響應，產(chǎn)生更多電子一空穴對，提高量子效率；高電子漂移飽和速度以及直接帶隙半導體對太陽光的更好利用都能有效的提尚娃電池的轉換效率。
[0027]3.半導體納米晶具有的物理效應能提高硅電池對太陽光的吸收，增加載流子的傳輸速率。
[0028]4.本發(fā)明的制備工藝簡單，操作性強，原料廉價且能重復使用，生產(chǎn)成本低，效益高，適用于工業(yè)大生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0029]圖1為實施例1直接寬帶隙半導體納米晶/Si異質結的FESEM圖像。
[0030]圖2為實施例1處理片與未處理片的少子壽命對比圖。
[0031]圖3為實施例1處理片與未處理片的量子效率對比圖。
【具體實施方式】
[0032]下面通過實施例對本發(fā)明作進一步說明，其目的僅在于更好理解本發(fā)明的內(nèi)容而非限制本發(fā)明的保護范圍。
[0033]實施例1
[0034]本實施例提供的直接寬帶隙半導體納米晶/Si異質結復合晶硅片的制備方法及應用，具體步驟如下:
[0035]a)寬禁帶半導體納米晶/Si異質結的原材料選氧化鋅。
[0036]b)配置lmol/L的氫氟酸清洗液；氧化鋅半導體前驅液:醋酸鋅，其濃度為5.5mg/ml，分散劑(聚乙烯吡咯烷酮)的濃度為6.7mg/ml ;溶劑為二次蒸餾水。
[0037]c)將晶娃片在清洗液中清洗15s，去除油污和二氧化娃層；在去尚子水中清洗Imin,以除去清洗時殘留的氟化氫，瀝水，吹干。
[0038]d)將清洗后的晶硅片浸漬到半導體量子點前驅液中反應10s，然后以2cm/min的速度提拉，迅速吹干；<