[发明专利]硅量子点的光活性层及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及包含在硅量子点太阳能电池或量子点发光二极管中的光活性层及其制造方法，更具体地涉及具有高导电性以防止由于电阻以及制造成非常厚的膜的形式而引起的光电效率下降的光活性层及其制造方法。

背景技术

考虑到太阳能电池的制造成本和效率，太阳能电池行业被划分为第一代太阳能电池、第二代太阳能电池和第三代太阳能电池。第一代太阳能电池是已开发了数十年的晶体硅太阳能电池，目前占所有太阳能电池的80％以上。第二代太阳能电池是用于补充具有高效率但也具有高制造成本的硅太阳能电池的缺点的太阳能电池，意味着如无定形硅、化合物、有机薄膜等等的薄膜。而第三代太阳能电池是以较低的成本获得高效率的太阳能电池，意味着利用纳米结构和量子点的新型太阳能电池。

由于第一代太阳能电池的硅太阳能电池已达到技术极限，已经主要在积极地进行第二代薄膜太阳能电池的研究和开发。然而，为了迅速达到太阳能电池的电网平价，需要低成本和高效率的第三代太阳能电池的开发。

已经提出硅量子点太阳能电池作为有前景的第三代太阳能电池。理论上，在这种硅量子点太阳能电池中，单结和三结太阳能电池分别预计有29％和47.5％的高效率。

然而，到现在为止，实际效率根本未接近该理论效率，以致一直在积极地进行研究来找到其原因。

难以获得高效率的主要原因之一是硅量子点层的低导电性，其中硅量子点被如SiO₂、Si₃N₄等等的电介质封闭。因此，硅量子点太阳能电池的效率由于使用薄的光吸收层变得低。

为了解决上述问题，由于对基于量子点的太阳能电池潜心研究，本申请人提出了一种新型光活性层结构，其使得即使光吸收层的厚度增加，导电性也不降低，并可制造成厚膜的形式。

发明内容

技术问题

本发明的一个目的在于提供具有优异导电性的光活性层及其制造方法，更具体地，提供一种使光电流能够平稳流动并且没有其厚度限制的硅量子点光活性层的新结构及其制造方法。

本发明的另一个目的在于提供高效率的太阳能电池，其接收太阳能以产生光电流的光接收层的厚度没有限制，并且防止由于电阻引起的光电流的损失。

本发明的又一个目的在于提供具有优异导电性的发光二极管，以在施加电流(或电压)时以高效率产生光。

技术方案

在一个一般性方面中，通过交替地堆叠硅量子点层和导电层形成光活性层，在所述硅量子点层中多个包含导电型杂质的硅量子点形成在硅化合物介质中，所述导电层为多晶硅层，其包含与硅量子点的导电型杂质相同的导电型杂质。

硅量子点层可具有70nm或更小的厚度。更具体地，硅量子点层可具有40nm至70nm的厚度。导电层可具有5nm至10nm的厚度。

光活性层最上部分和最下层中的每一个可形成有硅量子点层。因此，在包含光活性层的太阳能电池中，形成在光活性层最下部分的硅量子点层可接触硅衬底，而形成在光活性层最上部分的硅量子点层可接触太阳能电池的前表面电极。

介质可以是氮化硅、氧化硅或其混合物。介质可包含与硅量子点中所含导电型杂质相同的导电型杂质。

在另一个一般性方面，光活性层的制造方法包括：形成硅量子点层的硅量子点层形成步骤，其中在硅化合物的介质中形成包含第一导电型杂质的硅量子点；以及形成导电层的导电层形成步骤，所述导电层是在硅量子点层的上部上包含第一导电型杂质的多晶硅层，其中交替地进行硅量子点层形成步骤和导电层形成步骤以在含第二导电型杂质的硅衬底的上部上制造光活性层，所述第二导电型杂质是与第一导电型杂质互补的杂质，光活性层具有交替堆叠的硅量子点层和导电层。

硅量子点层可具有70nm或更小的厚度。更具体地，硅量子点层可具有40nm至70nm的厚度。

在交替地进行硅量子点层形成步骤和导电层形成步骤时，交替进行的最终步骤可为硅量子点形成步骤，使得硅量子点层形成在光活性层的最上部处。因此，光活性层的最上部和最下层的每一部分可形成有硅量子点层。

在又一个一般性方面中，太阳能电池包括：如上所述的光活性层；设置在光活性层下部上并且包含与光活性层中所含导电型杂质互补的杂质的硅衬底；以及形成在光活性层上部上的上电极和形成在硅衬底下部上的下电极。