[发明专利]p型叠层渐变带隙硅量子点多层膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种p型叠层渐变带隙硅量子点多层膜及其制备方法和应用，属于光电技术领域，该p型叠层渐变带隙硅量子点多层膜包括6层硅量子点薄膜，每两层硅量子点薄膜厚度一致，相同厚度规格的硅量子点薄膜相邻，相邻的碳化硅薄膜之间有一层硅量子点薄膜。该制备方法为通过等离子体增强气相沉积工艺在n型硅衬底2和n型硅纳米线3上生长p型叠层渐变带隙硅量子点多层膜。该应用采用p型叠层渐变带隙硅量子点多层膜制备太阳能电池，该电池包括依次叠加的Al电极层、n型硅衬底、n型硅纳米线、p型叠层渐变带隙硅量子点多层膜、石墨烯层和Au电极层。本发明利用叠层硅量子点多层薄膜的渐变带隙来拓宽吸收层中的光响应范围，改善了器件的光电性能。

技术领域

本发明涉及p型叠层渐变带隙硅量子点多层膜及其制备方法和应用，属于光电技术领域。

背景技术

随着新一代太阳能电池的不断发展，纳米硅结构被认为是一种能够较好地调节禁带宽度实现宽光谱响应的材料，其中，利用纳米硅结构与单晶硅衬底构成的异质结太阳能电池一直是人们广泛关注的研究热点。但是，一方面由于有源层的厚度比较小，对光的吸收效率比较低。从而导致纳米硅-单晶硅异质结太阳能电池光电转换效率比较低下（5-6%）。另一方面，增加有源层的厚度又会在器件里引入更多的表面态和缺陷态，导致器件性能的下降。因此，需要探索利用纳米技术实现薄膜电池宽光谱吸收和响应的有效途径。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种p型叠层渐变带隙硅量子点多层膜及其制备方法和应用，其具体技术方案如下：

p型叠层渐变带隙硅量子点多层膜，包括 6层硅量子点薄膜和7层碳化硅薄膜，每两层硅量子点薄膜厚度一致，有三种厚度规格，相同厚度规格的硅量子点薄膜相邻，从一侧到其相对侧，每两层硅量子点薄膜的厚度依次变小，相邻的碳化硅薄膜之间垫有一层硅量子点薄膜，形成夹层结构。

进一步的，所述硅量子点薄膜的厚度依次为8 nm、4 nm和2 nm，所述碳化硅薄膜的厚度为2 nm。

p型叠层渐变带隙硅量子点多层膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）选取n型硅衬底，通入流量为20 sccm的氢气，在射频功率为20 W的条件下进行预处理5分钟；

（2）将反应腔抽至真空，通入甲烷（CH₄）和硅烷（SiH₄）的混合气体作为反应气体，固定反应气体流量比R=[CH4]/[SiH4] = 50 sccm : 5 sccm，制备非晶碳化硅薄膜，直到沉积薄膜的厚度为2 nm，即2 nm厚的碳化硅薄膜；

（3）将反应腔抽至真空，通入硅烷（SiH₄）和硼烷（B₂H₆）混合气体作为反应气体，固定反应气体流量比R=[B₂H₆]：[SiH₄] = 3 sccm : 5 sccm，沉积硼掺杂非晶硅薄膜，沉积时间为80 s，在2 nm厚的碳化硅薄膜上沉积薄膜厚度为8 nm，即8 nm厚的硅量子点薄膜；

（4）重复步骤（2）和（3），沉积得到交替的2 nm厚的碳化硅薄膜、8 nm厚的硅量子点薄膜、2 nm厚的碳化硅薄膜和8 nm厚的硅量子点薄膜；

（5）重复步骤（2），在步骤（4）得到的薄膜上沉积一层2 nm厚的碳化硅薄膜；

（6）将步骤（3）沉积时间变为40 s，在步骤（5）得到薄膜上沉积厚度为4 nm的硼掺杂非晶硅薄膜，即4 nm厚的硅量子点薄膜；

（7）重复步骤（5）和（6），在步骤（6）制得的薄膜上沉积2 nm厚的碳化硅薄膜和4 nm厚的硅量子点薄膜；

（8）重复步骤（2），在步骤（7）得到的薄膜上沉积一层2 nm厚的碳化硅薄膜；