[发明专利]一种纳米晶量子点薄膜、使用该薄膜改性的晶体硅太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种纳米晶量子点薄膜，同时还涉及一种使用该纳米晶量子点薄膜改性的晶体硅太阳能电池及其制备方法。

背景技术

太阳电池是一种对光有响应并能将光能转换成电力的器件。被用于制造太阳能电池的材料有许多种，如：单晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化镓、硒铟铜等。它们的发电原理基本相同，都以P-N结为“心脏”，泵出自由电子与空穴，对外发电。当光线照射太阳电池表面时，一部分光子被硅材料吸收，光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子及空穴，P-N结分离电子，在P-N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。

量子点(Quantum Dots，QDs)又可称为半导体纳米晶体(Semiconductor Nanocrystals)，其尺寸小于其相应体相半导体的波尔直径，通常在2～20nm。量子点随着晶体尺寸的减小，半导体能级越来越分离，有效带隙增加，可获得独特的光学和电学性质。纳米晶量子点具有如下特点：量子尺寸效应、宏观量子隧道效应和介电限域效应，并由这些效应产生了能隙调制、高消光系数、大的本征偶极距等很多特性。这些特性使纳米晶量子点被认为是下一代光伏器件关键材料而引起极大关注。

目前量子点被用于提高硅太阳能电池的研究很多，国内外都有。研究大致可分为以下几种：

1、加州理工学院模式，如图1所示，硅线与抗反射层以圆柱体的形式立于背部反射器上，周围布满了包裹着光散射离子的透明聚合物。现有技术中，专利CN101924165A公开了一种量子点太阳能电池，也是这种模式，具有立体混合或相互贯通的形成太阳能电池的各种层，包括量子点层、电子导体层、空穴导体层，反射和/或保护层设置在空穴导体层之上，可提高太阳能电池的效率。但是，这种模式的缺点是完全重新设计，所需材料都是独特的，正常工业体系无法提供，而且此法也不能有效利用原来的晶体硅太阳能电池生产体系。

2、物理法构建异质结。此法又分2种，一种是在原晶体硅太阳能电池基础上采用化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD)法制备出量子点薄膜层；如专利CN101834215A公开了一种硅量子点太阳能电池，自上而下依次含有铝背电场、p型晶体硅衬底、N型晶体硅发射极，含有n型硅量子点的二氧化硅层，银正电极。另一种则是完全重新设计制造，如专利CN101933153A公开了一种II型量子点太阳能电池，包括半导体材料的多个栅栏层以及第二半导体材料的量子点的多个交替层，第二半导体材料嵌入在第三半导体材料之间并且与第三半导体材料直接接触，所述多个交替层被设置在p型和n型半导体材料之间的堆叠中，第二半导体材料的每个量子点和第三半导体材料形成具有II型带对准的异质结。所用材料特殊，制法基本上也是CVD或PVD，制造难度大，污染环境，成本高。

以上几种量子点太阳能电池的缺点都是明显的，大多脱离了目前硅太阳能电池生产体系，成为一个需要重新配套的新产业，而且所需配套零部件本事又产生了新问题，比如具有特殊结构及性能的硅线生产、异质结的物理法构建、硅量子点的生成及后续电子的收集(SiO₂导电性极差，对光生电子的收集是一个难题)；如专利CN101924165A中太阳能电池没有核心部分P-N结，即使在光照下产生了光生电子，怎样泵出电子并对外持续做电功还不得而知，实用性不大。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米晶量子点薄膜，用于提高晶体硅太阳能电池的光电转换效率。

本发明的第二个目的是提供一种使用上述纳米晶量子点薄膜改性的晶体硅太阳能电池。

本发明的第三个目的是提供一种使用上述纳米晶量子点薄膜改性的晶体硅太阳能电池的制备方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种纳米晶量子点薄膜，该薄膜包括纳米晶量子点分散层，所述纳米晶量子点分散层包含CdS纳米晶量子点。

所述纳米晶量子点分散层中，CdS纳米晶量子点的质量百分含量为1％～15％。

所述CdS纳米晶量子点为纯CdS纳米晶，或以CdS纳米晶为核心的核壳结构纳米晶。

所述CdS纳米晶量子点的荧光发射峰λmax为405～470nm，半高峰宽为80～100nm。