[发明专利]一种纳米晶/量子点敏化硅基电池片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体纳米晶/量子点光电材料及太阳能电池，具体涉及一种纳米晶/量子点敏化硅基电池片及其制备方法。

背景技术

太阳能将成为未来重要的能源来源。到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80％以上，太阳能发电将占到60％以上。

单晶硅太阳能电池称为第一代光伏器件，最高理论转换效率约31-33%，实验室最高转换效率为25%左右。市场上大量生产的单晶硅太阳电池平均效率在15%左右，是目前转换效率最高，技术最为成熟的光伏器件。在大规模应用和工业生产中占据主导地位，占据目前世界光伏市场的90%以上。

晶硅太阳能电池尽管有较高的光电转换效率，但离理论值仍有一定的差距，具有很大的发展空间。晶体硅的能隙为1.12eV，高于能隙的太阳光子被吸收后产生热电子与空穴，通过随后的声子发射，这些热载流子在它们的能量被捕获之前迅速冷却，导致大量的太阳光能以“热电子”的形式损耗，限制了器件效率。另外，电池板具有一定的反射作用，也损失部分太阳光能。

电池制造商对电池板采用表面织构化、表面蚀刻、发射区钝化、分区掺杂等技术进行处理，提高光伏器件的光电转换效率，减少光反射损失；虽然电池的光吸收范围有所拓展，但对太阳光能的吸收和转换效率并没有明显提高；在晶硅材料上蒸镀SiN减反射钝化涂层也大大增加生产成本。

纳米晶/量子点有如下特点：（1）量子尺寸效应(2)宏观量子隧道效应（3）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。这些特性让其作为光吸收剂被认为是下一代光伏器件关键材料而引起极大关注。所以合理利用量子点敏化晶硅电池片可以有效的增加其对光的吸收、降低反射、增加光电流密度和光电转化效率。

在研究过程中，我们通过在硅基片上涂覆纳米晶/量子点，可以达到减反射，钝化和敏化硅晶片的效果，提升电池片的光电转换效率，从而降低了硅电池的应用成本。其次，纳米晶/量子点本身具有减反射的作用，此技术可以代替减反射膜，达到良好的减反射效果，从而可以从工艺上节省成本。

晶硅太阳能电池的优势：工艺成熟，具有很好的转换效率。将纳米晶/量子点与现有硅晶太阳能电池的优势结合，可以进一步提高太阳能电池的转换效率，而且理论上量子点可以取代氮化硅做成减反射膜，可以达到既减反射又提升转换效率的双重作用。

发明内容

本发明是利用量子点能隙调制,高消光系数,大的本征偶极距等很多特性，在现有晶硅太阳能电池工业生产的基础之上，在硅基电池片上生长纳米晶/量子点，制备对太阳光谱的吸收效率高，反射率低，光电流密度和光电转化效率高的硅基电池片。

本发明通过下述技术方案予以实现：

一种纳米晶/量子点敏化硅基太阳能电池片，由硅基电池片和纳米晶/量子点涂覆层，所述纳米晶/量子点涂覆层致密均匀地生长在所述硅基电池表面，厚度在50~200nm之间，纳米晶/量子点和硅基电池片可以形成异质结，从而有效传递纳米晶/量子点所产生的广生载流子和电荷。

所述纳米晶/量子点为纳米级半导体材料硫化铜、硫化铅、硫化锡、硫化锌、硫化钼、硫化铁、硫化锑、硫化镉、硫化银、硫化镍、硒化镉和硒化铅中的一种，粒径在5-50nm。

所述硅基电池片为单晶硅、多晶硅、非晶硅或微晶硅太阳能电池片。

上述纳米晶/量子点敏化硅基电池片的制备方法包括以下步骤：

（1）纳米晶/量子点的合成：配制0.01-0.5mol/L的金属源溶液和0.01-0.5mol/L的硫源溶液，按照金属源：硫源的摩尔比为1：1-1：3将硫源逐滴加入到金属源溶液中，离心分离，洗涤所得固体物质，得到纳米晶/量子点；金属源为铜、铅、锡、锌、钼、铁、锑、铋、镉、银、镍或钴的醋酸盐、硫酸盐、硝酸盐或盐酸盐，硫源包括硫化钠、硫代乙酰胺、硫脲和硫代硫酸钠；

（2）纳米晶/量子点涂覆在硅基电池片上：将上述纳米晶/量子点分散在乙醇、水或丙酮溶液中，在硅基电池片上涂覆1~10层，每涂覆一层后，在60~80℃烘箱中干燥；

（3）热处理：涂覆完成后，将纳米晶/量子点敏化后的硅基电池片在100~300℃烘箱中热处理3~10Min，使纳米晶/量子点致密均匀地生长在硅基电池表面。

所述涂覆方法包括喷涂、旋涂、印刷、滴涂和滚涂。

所述硅基电池片经过预处理：

1）将硅基电池片放入乙醇、丙酮或水溶剂中超声洗涤1~15min，用水冲洗；