[发明专利]新型叠层硅量子点异质结太阳能电池及其制备方法

权利要求书

1.叠层硅量子点异质结太阳能电池，其特征在于：包括底部的Al电极层（1）和顶部的Au电极层（6）， Al电极层（1）蒸镀于n型硅衬底（2）的一侧表面，所述n型硅衬底（2）另一侧表面刻蚀有垂直分布的多个n型硅纳米线（3），所述n型硅衬底（2）与n型硅纳米线（3）为材质相同的一体结构，所述n型硅衬底（2）和n型硅纳米线（3）的表面均匀沉积有p型叠层渐变带隙硅量子点多层膜（4），所述p型叠层渐变带隙硅量子点多层膜（4）表面铺设有石墨烯层（5），所述Au电极层（6）蒸镀在石墨烯层（5）表面。

2.根据权利要求1所述的叠层硅量子点异质结太阳能电池，其特征在于：所述p型叠层渐变带隙硅量子点多层膜（4）包括6层硅量子点薄膜，每两层厚度一致，有三种厚度规格，相邻的硅量子点薄膜之间垫有一层碳化硅薄膜，靠近n型硅衬底（2）和n型硅纳米线（3）一面硅量子点薄膜厚度最大，最小厚度的硅量子点薄膜靠近石墨烯层（5）。

3.根据权利要求2所述的叠层硅量子点异质结太阳能电池，其特征在于：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。

4.根据权利要求1所述的叠层硅量子点异质结太阳能电池，其特征在于：所述Al电极层（1）厚度为20nm~100nm；所述n型硅纳米线（3）的高度为700 nm；所述p型叠层渐变带隙硅量子点多层薄（4）膜厚度为56 nm；所述石墨烯层（5）厚度为30 nm；所述Au电极层（6）厚度为为20 nm。

5. 叠层硅量子点异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步，n型硅纳米线（3）的刻蚀

在n型硅衬底（2）上通过金属离子辅助化学刻蚀的方法，刻蚀圆柱体结构的n型硅纳米线（3）；

第二步，制备p型叠层渐变带隙硅量子点多层膜（4）

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（4）；

第三步，制备石墨烯层（5）

通过气相沉积工艺在p型叠层渐变带隙硅量子点多层膜（4）上制备石墨烯层（5）；

第四步，在石墨烯层（5）上蒸镀Au电极层（6）；

第五步，在n型硅衬底（2）背面蒸镀Al电极层（1）。

6.根据权利要求5所述的叠层硅量子点异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：

在第一步中，金属离子辅助化学刻蚀硅纳米线的具体过程为：

（1）在塑料烧杯中配置5 M/L 的氢氟酸（HF）和0.02 M/L的硝酸银（AgNO₃）混合溶液，将清洗干净的n型硅片浸泡在该混合溶液中，室温下进行刻蚀，直到刻蚀的n型硅片刻蚀的深度达到700nm，刻蚀的化学反应方程式为4Ag⁺(aq)+Si⁰(s)+6F^-(aq)→4Ag(s)+SiF6^2-(aq)；

（2）将刻蚀过的硅片放入稀硝酸中浸泡直到表面的“树状”反应残留物去除干净，接着用去离子水洗净、烘干，得到硅衬底上垂直分布的纳米线阵列结构，高度为700 ±30nm。