[发明专利]基于应变型异质结量子点的太阳能电池装置及其制备方法

权利要求书

1.一种基于应变型异质结量子点的太阳能电池装置，包括在掺杂硅基衬底上生长的至少二层Ge/Si量子点结构层；其特征在于：所述Ge/Si量子点结构层由含有直径2-7nm的Ge量子点的Si薄膜层构成，最内层的Si薄膜层厚度为2-4nm，外层Si薄膜层的厚度范围为在上一层厚度范围两端点分别递增2nm；最外层的量子点结构层为填充量子点间隙的SiO₂覆盖薄膜层覆盖，形成量子点阵列填充薄膜多层结构；所述覆盖薄膜层外生长有一层厚度10-20nm的硅掺杂层保护膜，所述硅掺杂层的掺杂类型与硅基衬底的掺杂类型相反；所述硅掺杂层和硅基衬底外表面生长有电极。

2.根据权利要求1所述基于应变型异质结量子点的太阳能电池装置，其特征在于：所述硅掺杂层的掺杂类型与硅基衬底的掺杂类型相反。

3.根据权利要求2所述基于应变型异质结量子点的太阳能电池装置，其特征在于：所述Ge量子点的阵列中，相邻两个量子点外径表面之间的距离控制在4nm之内。

4.根据权利要求3所述基于应变型异质结量子点的太阳能电池装置，其特征在于：所述Si薄膜层共有四层，第一层、第二层、第三层、第四层的厚度自下而上逐渐增厚，分别为2-4nm、4-6nm、6-8nm、8-10nm。

5.根据权利要求4所述基于应变型异质结量子点的太阳能电池装置，其特征在于：所述硅掺杂层和硅基衬底的掺杂密度相同。

6.根据权利要求5所述基于应变型异质结量子点的太阳能电池装置，其特征在于：所述硅掺杂层和硅基衬底外表面分别生长有透明导电薄膜，所述透明导电薄膜外生长有外部接触电极。

7.根据权利要求1至6任一所述基于应变型异质结量子点的太阳能电池装置的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一. 采用真空化学气相沉积法，在清洗后的掺杂硅基衬底上通入锗烷气体，在硅基衬底上生长Ge薄膜层；

步骤二. 控制Ge薄膜层厚度在2-7nm ，并原位退火；

步骤三. 在生长出Ge薄膜层的硅基衬底上通入硅烷气体，在Ge薄膜层上生长Si薄膜层；

步骤四. 第一次生长的最内层Si薄膜层厚度控制在2-4nm，以后逐层递增，Si薄膜层生成后原位退火；

步骤五. 冷却生长成由含有直径2-7nmGe量子点的Si薄膜层构成的Ge/Si量子点结构层；

步骤六. 根据所需预定层数，重复步骤三、步骤四，最内层之外的Si薄膜层的厚度范围为在上一层厚度范围两端点分别递增2nm；

步骤七. 达到预定层数后，通入硅烷和氧气，氧化生长一层填充量子点间隙的SiO₂覆盖薄膜层，厚度控制在2-4nm，形成量子点阵列填充薄膜多层结构；

步骤八. 通入四氯化硅和氢气外延生长一层硅掺杂层作为保护膜，厚度控制在10-20nm，掺杂类型与硅基衬底类型相反（如果硅基衬底为n型，则硅掺杂层为p型）;

步骤九. 分别在硅掺杂层和硅基衬底外表面生长电极。

8.根据权利要求7所述基于应变型异质结量子点的太阳能电池装置的制备方法，其特征在于：

所述步骤一中，通入锗烷的流量为1sccm-2sccm、压强为0.4-0.6Pa、生长温度为350-420℃；

所述步骤二中，原位退火温度为580--620℃；

所述步骤三中，通入硅烷流量为1sccm-2sccm、压强为0.4-0.6Pa、生长温度为350-420℃）；

所述步骤四中，原位退火温度为580--620℃；

所述步骤七中，硅烷和氧气比例空载为1:2±0.5、流量为10sccm-25sccm之间、压强为100-150Pa、生长温度为400-480℃；

所述步骤八中，四氯化硅和氢气比例空载为1:2±0.5、流量为10sccm-20sccm之间、压强为100-140Pa、生长温度为950-1050℃。