[发明专利]一种CdSe量子点敏化多晶硅太阳能电池材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种敏化太阳能电池材料的制备方法 ，尤其涉及一种CdSe量子点敏化多晶硅太阳能电池材料的制备方法。 

背景技术

随着人类面临的环境与能源问题的持续恶化，加强环境保护和开发清洁能源是人类高度关注的焦点。因此，近年来人们对太阳能开发和利用的研究进展极为迅速。作为一种重要的光电能量转换器件，太阳能电池的研究一直受到人们的热切关注。目前市场上主流的太阳能电池是单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池。 

太阳能电池利用“带隙”把太阳的光能转换成电能。带隙是指半导体中“价带”与“导带”的能量差，其数值因半导体的种类而异。由硅等半导体制成的太阳能电池板在受到光线照射后，低能级p型半导体“价带”中的电子将吸收光能，向高能级n型半导体的“导带”移动。此时产生的电压差就作为电力输出。 　  在阳光之中，从长波长的红外线到短波长的紫外线，包含的光线波长各异。光的能量因波长而异，波长越短的光线能量越大。对于晶体硅太阳能电池，长波长的红外线光能过低，因此，价带中的电子无法跃迁到导带。也就是说，红外线不转换为电能。其中能够作为电力输出的能量仅限于带隙部分。在照射能量高于带隙的紫外线时，其差值将以热量的形式逸散。也就是说，越缩小带隙，转换效率越低。 这就是晶体硅太阳能电池的能量转换效率上限停滞在30％的原因。 

发明内容

本发明的目的是提供高光电转化效率的一种CdSe量子点敏化多晶硅太阳能电池材料的制备方法。 

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种CdSe量子点敏化多晶硅太阳能电池材料的制备方法，其特征在于：（1）由CdSe量子点和多晶硅材料组成，在多晶硅材料的制备过程中掺入CdSe量子点，其质量比为100:1；（2）掺杂的CdSe量子点尺寸为3~5nm；（3）高纯硅的制备方法中，以硅烷为硅源，利用气相沉积法提纯硅；（4）利用通N₂的喷射管将熔融的硅与CdSe量子点一同喷射到二氧化硅衬底上，其流速为1.5L/min；（5）退火阶段，降温速度为400℃/h。 

此方法中，包括以下步骤，第一步：以硅烷为原料，通过热分解炉，在1500℃条件下利用气相沉积法制备纯度较高的层状多晶硅；第二步：水相中制备CdSe量子点，采用分步法制备CdSe量子点：a：称取 2.2835g 乙酸铬，用无氧水配成 50mL 溶液并置于80摄氏度的水浴中；分别称取 0.0158g Se 粉和 0.0263g NaBH₄ 依次倒入除过氧的烧瓶中，密封，加水 4mL，反应完全后的澄清透明溶液即为 NaHSe 溶液，取 8.75mL CdCl₂ 溶液倒入 50mL 三口圆底烧瓶中，用针筒量取 9.25mL已除过氧的二次蒸馏水，再加入 10.2ul 巯基丙酸，并用 2.0mol/L 的 NaOH 调节溶液的 pH 值至11后迅速注入 2mL 新制得 NaHSe 溶液，反应 4h；将制备的母液以与丙酮1∶6 的比例混合、离心分离，得到的沉淀物即为 CdSe 量子点，该条件下制备的量子点尺寸为3~5nm；第三步：将第一步制得的10g多晶硅薄膜置于1500℃高温下煅烧、融解，称取0.1gCdSe量子点粉末置于其中，混合均匀后以N₂为气源，控制流速为1.5L/min，用喷射管将二者混合物吹至已生长了一层二氧化硅的衬底上，形成一层多晶硅薄膜，制得的多晶硅薄膜经过400℃/h的退火处理，即可得CdSe量子点敏化多晶硅太阳能电池材料。 

本发明的优点效果在于：使用本发明所述的方法，其原理便是利用量子点的“量子隧道效应”，用物理熔融的方法将CdSe量子点掺入太阳能电池材料中，从而制备出掺杂量子点的多晶硅材料，该方法制作的材料可有效增大太阳能电池的转化效率达50%左右，大大提高了电子转化利用率。 

附图说明

图1为中间带材料的结构示意图； 

图2为量子点中间带太阳能电池的能级结构示意图；

图3为掺杂CdSe量子点的多晶硅天阳能电池材料内部电子运动示意图。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明： 

本发明如图1、2所示，一种CdSe量子点敏化多晶硅太阳能电池材料的制备方法，其特征在于：（1）由CdSe量子点和多晶硅材料组成，在多晶硅材料的制备过程中掺入CdSe量子点，其质量比为100:1；（2）掺杂的CdSe量子点尺寸为3~5nm；（3）高纯硅的制备方法中，以硅烷为硅源，利用气相沉积法提纯硅；（4）利用通N₂的喷射管将熔融的硅与CdSe量子点一同喷射到二氧化硅衬底上，其流速为1.5L/min；（5）退火阶段，降温速度为400℃/h；在本实施例中，第一步：以硅烷为原料，通过热分解炉，在1500℃条件下利用气相沉积法制备纯度较高的层状多晶硅；第二步：水相中制备CdSe量子点，采用分步法制备CdSe量子点：a：称取 2.2835g 乙酸铬，用无氧水配成 50mL 溶液并置于80摄氏度的水浴中；分别称取 0.0158g Se 粉和 0.0263g NaBH₄ 依次倒入除过氧的烧瓶中，密封，加水 4mL，反应完全后的澄清透明溶液即为 NaHSe 溶液，取 8.75mL CdCl₂ 溶液倒入 50mL 三口圆底烧瓶中，用针筒量取 9.25mL已除过氧的二次蒸馏水，再加入 10.2ul 巯基丙酸，并用 2.0mol/L 的 NaOH 调节溶液的 pH 值至11后迅速注入 2mL 新制得 NaHSe 溶液，反应 4h；将制备的母液以与丙酮1∶6 的比例混合、离心分离，得到的沉淀物即为 CdSe 量子点，该条件下制备的量子点尺寸为3~5nm；第三步：将第一步制得的10g多晶硅薄膜置于1500℃高温下煅烧、融解，称取0.1gCdSe量子点粉末置于其中，混合均匀后以N₂为气源，控制流速为1.5L/min，用喷射管将二者混合物吹至已生长了一层二氧化硅的衬底上，形成一层多晶硅薄膜，制得的多晶硅薄膜经过400℃/h的退火处理，即可得CdSe量子点敏化多晶硅太阳能电池材料。