[发明专利]一种胶体量子点敏化硅基太阳能电池片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电纳米材料及太阳能电池领域，特别涉及一种胶体量子点敏化硅基太阳能电池片及其制备方法。

背景技术

太阳能，是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，也是清洁能源，不产生任何的环境污染。在太阳能的有效利用当中，大阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，也是其中最受瞩目的项目之一。为此，人们研制和开发了太阳能电池。在太阳能电池众多分类中，硅基电池是目前转换效率最高，技术最为成熟的光伏器件。晶硅太阳能电池的理论转化效率可达31%，实验报道的最高转化效率为25%，而工业化生产的成品电池效率约为15%。制约晶硅电池光电转换效率的主要原因，其一是晶硅材料的光吸收效率不高。其二是电池板的光反射作用影响了晶硅电池的光吸收效率，而一系列减反射措施如：表面织构化、表面蚀刻、发射区钝化、分区掺杂、溅射Si₃N₄减反射涂层等处理大大增加了生产成本。因此，进一步提高晶硅电池的光电转换效率并降低生产成本是此行业努力方向。

量子点具有吸收光谱宽、吸收系数高的特性，因而能够作为与氮化硅辅助的光吸收材料，能够拓宽晶硅电池的吸收光谱。量子点的量子限域效应，使得其具有减缓热载流子冷却速率和电子驰豫的作用，可使热载流子在冷却到带边之前，将它们捕获利用。如果热载流子的全部能量能够被捕获，则光电转换效率理论上可以达到66%以上。若将现有硅基材料与量子点结合，形成量子点与硅基材料的异质结构，则硅基电池光电转换效率将具有进一步提升的潜力。现有的胶体量子点太阳能电池的光电转换效率较低，而且量子点的粒径偏大，量子点间结合不够紧密，导致量子点之间的距离偏大，从而影响了电池的光电转化效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种胶体量子点敏化硅基太阳能电池片，该胶体量子点稳定性高，粒径均匀，量子点间结合紧密，量子点的粒径在5-10nm，而且该硅基电池片的光点转化效率高。

本发明的另一个目的是提供上述胶体量子点敏化硅基太阳能电池片的制备方法，该制备工艺简单易操作，原料价廉易得，适合工业化生产。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种胶体量子点敏化硅基太阳能电池片，其特征在于：在硅基太阳能电池片表面沉积量子点，该量子点的粒径为5-10nm。

所述硅基太阳能电池片为硅基太阳能电池片为单晶硅、多晶硅、非晶硅及微晶硅太阳能电池片成品或半成品中的一种。

一种上述胶体量子点敏化硅基太阳能电池片的制备方法，其步骤包括，

（1）在金属盐溶液中加入络合剂或表面活性剂中的一种或两种，配制成前驱液；将含硫溶液缓慢滴入前驱液中，搅拌，制得胶体量子点溶液；

（2）将步骤（1）中的胶体量子点溶液涂覆在经过预处理的硅基太阳能电池片表面并真空干燥5-15分钟。

所述步骤（1）中的前驱液中的金属元素、络合剂和表面活性剂的用量比为：1mmol：0.02-1.0g：0.05-0.8g；金属元素与硫元素的摩尔比为1-4:1；含硫溶液以每分钟2-5滴的速度滴入前驱液中。优选的金属元素与硫元素的摩尔比为1-2:1。

所述步骤（1）中的金属盐为铅、锌、镉、铜、锡、铁、钴、镍的醋酸盐、氯化盐及硝酸盐中的一种；所述络合剂为3-巯基丙酸、2-巯基乙醇、乙二胺四乙酸、三乙醇胺中的一种；所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、六亚甲基四胺、十二烷基苯磺酸钠中的一种；所述含硫溶液中的硫元素来自硫化铵、硫化钠、硫代乙酰胺、硫脲中的一种；所述金属盐浓度为0.005-0.05mol/L；所述含硫溶液浓度为0.005-0.03mol/L。

所述步骤（2）中，将胶体量子点溶液采用滴涂、旋涂、喷涂、浸渍、点涂或刷涂中的一种，涂覆在预处理的硅基太阳能电池片表面。

所述步骤（2）中，用胶体量子点溶液浸渍或旋涂在硅基太阳能电池片表面后吹干，重复2-6次，真空干燥；或用胶体量子点溶液喷涂、滴涂、点涂或刷涂在硅基太阳能电池片表面、真空干燥，重复2-6次。

所述步骤（2）中，采用喷涂、滴涂、点涂或刷涂的涂覆方法前，用无水乙醇将胶体量子点溶液稀释成含有量子点浓度为0.001-0.06mol/L的胶体溶液。

所述步骤（2）中的硅基太阳能电池片的预处理方法为将硅基电池片分别浸入无水乙醇和二次蒸馏水超声清洗、烘干。

所述步骤（3）中的真空干燥的温度为200℃-250℃，真空度为0.05-0.1MPa。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：