一种基于液滴外延技术的量子点太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种基于液滴外延技术的量子点太阳能电池，所述量子点太阳能电池包括由下到上依次设置的衬底层、缓冲层、隔离层、多个周期的量子点结构层、发射层、电极接触层，所述多个周期的量子点结构层的每一周期包括至少一层量子点层、一层第一间隔层、一层第二间隔层，所述量子点层为液滴外延方法生长形成。本申请采用的液滴外延法能够得到零晶格失配的量子点层，在保持量子点的密度和尺寸的前提下，能够将液滴外延生长量子点层引入的缺陷达到最小化，提高量子点太阳能电池的光学性能和转换效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于液滴外延技术的量子点太阳能电池及其制备方法
本专利技术涉及量子点太阳能电池及其制备方法
，具体涉及一种基于液滴外延技术的量子点太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
在能源危机和环境污染的国际大背景下，各国都致力于太阳能、风能、潮汐能、地热能和核能等新能源的研发和利用。其中太阳能作为一种充足洁净的可再生能源成为重点的研发对象。传统的已经商业化的硅基太阳电池的效率已经接近其极限，为了实现更高效率的太阳电池，量子点太阳电池的概念被提出。量子点太阳电池是最近几年开始研究的第三代太阳电池，它采用具有量子限制效应和分立光谱特性的量子点作为有源区设计和制作的量子点太阳电池，可使其能量转换效率提高，其极限值能够达到66％。传统地生长量子点的方法是基于S-K模式的分子束外延法，但是这种方法只能应用于异质材料体系，它要求量子点材料和基底材料要晶格失配。针对分子束外延法要求的晶格失配的问题，可以通过液滴外延法来解决，然而，采用该方法制备的量子点太阳电池的光学性能和转换效率都不太让人满意(5％左右)，主要的原因是低温液滴外延生长的量子点会引入很多的缺陷，进而影响到生长的量子点太阳电池的整体性能。
技术实现思路
有鉴于此，本申请提供一种基于液滴外延技术的量子点太阳能电池及其制备方法，采用的液滴外延法能够得到零晶格失配的量子点层，在保持量子点的密度和尺寸的前提下，能够将液滴外延生长量子点层引入的缺陷达到最小化，提高量子点太阳能电池的光学性能和转换效率。为解决以上技术问题，本专利技术提供的技术方案是一种基于液滴外延技术的量子点太阳能电池，所述量子点太阳能电池包括由下到上依次设置的衬底层、缓冲层、隔离层、多个周期的量子点结构层、发射层、电极接触层，所述多个周期的量子点结构层的每一周期包括至少一层量子点层、一层第一间隔层、一层第二间隔层，所述量子点层为液滴外延方法生长形成。其中，所述的液滴外延方法生长具体为依次分别沉积多个单层的金属源。优选的，所述量子点层为III-V族化合物量子点层，所述第一间隔层为n型掺杂砷化镓铝层，所述第二间隔层为未掺杂砷化镓铝层。更为优选的，所述III-V族化合物量子点层为砷化镓铟量子点层或砷化镓量子点层。更为优选的，所述III-V族化合物量子点层为砷化镓量子点层。试验发现，量子点层分别采用砷化镓量子点层和砷化镓铟量子点层，制成的量子点太阳能电池，在物理形貌包括量子点密度和尺寸方面几乎没有差别的前提下，砷化镓量子点层的太阳电池的光学性能和转换效率都要优于砷化镓铟量子点层的太阳电池，原因是前者与砷化镓铝基底层的晶格参数更匹配。优选的，所述多个周期的量子点结构层的周期数不小于2。更为优选的，所述多个周期的量子点结构层的周期数为10。优选的，所述多个周期的量子点结构层的沉积方式为分子束外延法或金属有机化学沉积法。优选的，所述衬底层为n型砷化镓单晶片或半绝缘型砷化镓单晶片，所述缓冲层为砷化镓层，所述隔离层为砷化镓铝层，所述发射层为p型掺杂砷化镓铝层，所述电极接触层为p型重掺杂砷化镓层。更为优选的，所述衬底层为n型重掺杂砷化镓单晶片，所述缓冲层为n型重掺杂砷化镓层。更为优选的，所述发射层采用分子束外延方法或金属有机化学法沉积形成，其中砷化镓的掺杂浓度为1×1017～1×1018cm-3。优选的，所述缓冲层和所述隔离层之间由下到上还依次设置有背电场层和基底层，所述背电场层为砷化镓层，所述基底层为砷化镓铝层。优选的，所述发射层和所述电极接触层之间还设置有窗口层，所述窗口层为p型掺杂砷化镓铝层。优选的，所述量子点太阳能电池还包括背电极和正电极，所述背电极位于所述衬底层下部，所述正电极位于所述电极接触层上部。更为优选的，所述正电极和所述背电极为金属电极，可以采用本领域常用的合适的方式形成，比如采用真空镀膜方法形成。其中，所述背电极为钛合金、金合金。例如，背电极为先蒸镀Ti20nm，再蒸镀Au100nm形成的结构。本申请技术方案还提供一种基于液滴外延技术的量子点太阳能电池的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)提供一衬底层，所述衬底层为n型砷化镓单晶片或半绝缘型砷化镓单晶片；(2)在所述衬底层上生长缓冲层，所述缓冲层为砷化镓层；(3)在所述缓冲层上生长背电场层，所述背电场层为砷化镓层；(4)在所述背电场层上生长基底层，所述基底层为砷化镓铝层；(5)在所述基底层上生长隔离层，所述隔离层为砷化镓铝层；(6)在所述隔离层上生长多个周期的量子点结构层，其中每一周期包括至少一层量子点层，一层第一间隔层，一层第二间隔层，所述量子点层为液滴外延方法生长形成；所述的第一间隔层的厚度为5～15nm，生长温度为350～450℃；所述第二间隔层的厚度为20～60nm，生长温度为550～620℃；(7)在所述量子点结构层上形成发射层，所述发射层为p型掺杂砷化镓铝层；(8)在所述发射层上形成窗口层，所述窗口层为p型掺杂砷化镓铝层；(9)在所述窗口层上形成电极接触层，所述电极接触层为p型重掺杂砷化镓层；(10)在400～800℃氮气条件下退火；通过此步骤减少液滴外延生长的量子点的缺陷，提高开路电压和短路电流；(11)在所述电极接触层上形成正电极，在所述衬底层下形成背电极；(12)在350～400℃氮气条件下退火，通过此步骤形成欧姆接触。优选的，所述的第一间隔层的厚度为10nm，生长温度为400℃；所述第二间隔层的厚度为40nm，生长温度为590℃；优选的，步骤(10)所述退火具体为采用快速退火炉进行退火。优选的，所述缓冲层的厚度为80～150nm，生长温度为450～550℃；所述背电场层的厚度为10～50nm，生长温度为550～650℃；所述基底层的厚度为450～550nm；所述隔离层的厚度为20～80nm；所述发射层的厚度为150～250nm，生长温度为450～550℃；所述窗口层的厚度为10～50nm；所述电极接触层的厚度为20～80nm，生长温度为350～450℃。更为优选的，所述缓冲层的厚度为100nm，生长温度为600℃；所述背电场层的厚度为30nm，生长温度为580℃；所述基底层的厚度为500nm；所述隔离层的厚度为50nm；所述发射层的厚度为200nm，生长温度为500℃；所述窗口层的厚度为30nm；所述电极接触层的厚度为50nm，生长温度为400℃。优选的，所述量子点层为III-V族化合物量子点层，所述第一间隔层为n型掺杂砷化镓铝层，所述第二间隔层为未掺杂砷化镓铝层。更为优选的，所述III-V族化合物量子点层为砷化镓铟量子点层或砷化镓量子点层。更为优选的，所述III-V族化合物量子点层为砷化镓量子点层。优选的，所述多个周期的量子点结构层的周期数不小于2。更为优选的，所述多个周期的量子点结构层的周期数为10。优选的，所述衬底层为n型重掺杂砷化镓单晶片，所述缓冲层为n型重掺杂砷化镓层。在本申请技术方案中，所述的重掺杂是指样品中掺杂杂质浓度达到1018cm-3。本申请技术方案所述的量子点太阳能电池，包括了衬底层、缓冲层、隔离层、多个周期的量子点结构层、发射层、电极接触层，其中多个周期的量子点结构层的每一周期包括至少一层量子点层、一层第一间隔层、一层第二间隔层，所述量子点层为液滴外延方法生长形成。本申请技术方案采用液滴外延法生长无应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于液滴外延技术的量子点太阳能电池，其特征在于：所述量子点太阳能电池包括由下到上依次设置的衬底层、缓冲层、隔离层、多个周期的量子点结构层、发射层、电极接触层，所述多个周期的量子点结构层的每一周期包括至少一层量子点层、一层第一间隔层、一层第二间隔层，所述量子点层为液滴外延方法生长形成。

【技术特征摘要】
1.一种基于液滴外延技术的量子点太阳能电池，其特征在于：所述量子点太阳能电池包括由下到上依次设置的衬底层、缓冲层、隔离层、多个周期的量子点结构层、发射层、电极接触层，所述多个周期的量子点结构层的每一周期包括至少一层量子点层、一层第一间隔层、一层第二间隔层，所述量子点层为液滴外延方法生长形成。2.根据权利要求1所述的一种基于液滴外延技术的量子点太阳能电池，其特征在于：所述量子点层为III-V族化合物量子点层，所述第一间隔层为n型掺杂砷化镓铝层，所述第二间隔层为未掺杂砷化镓铝层。3.根据权利要求2所述的一种基于液滴外延技术的量子点太阳能电池，其特征在于：所述III-V族化合物量子点层为砷化镓铟量子点层或砷化镓量子点层。4.根据权利要求1所述的一种基于液滴外延技术的量子点太阳能电池，其特征在于：所述多个周期的量子点结构层的周期数不小于2。5.根据权利要求1所述的一种基于液滴外延技术的量子点太阳能电池，其特征在于：所述衬底层为n型砷化镓单晶片或半绝缘型砷化镓单晶片，所述缓冲层为砷化镓层，所述隔离层为砷化镓铝层，所述发射层为p型掺杂砷化镓铝层，所述电极接触层为p型重掺杂砷化镓层。6.根据权利要求1所述的一种基于液滴外延技术的量子点太阳能电池，其特征在于：所述缓冲层和所述隔离层之间由下到上还依次设置有背电场层和基底层，所述背电场层为砷化镓层，所述基底层为砷化镓铝层。7.根据权利要求1所述的一种基于液滴外延技术的量子点太阳能电池，其特征在于：所述发射层和所述电极接触层之间还设置有窗口层，所述窗口层为p型掺杂砷化镓铝层。8.根据权利要求1所述的一种基于液滴外延技术的量子点太阳能电池，其特征在于：所述量子点太阳能电池还包括背电极和正电极，所述背电极位于所述衬底层下部，所述正电极位于所述电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志明，余鹏，李彩虹，巫江，刘德胜，姬海宁，牛晓滨，
申请(专利权)人：电子科技大学，余鹏，
类型：发明
国别省市：四川,51