Si纳米杆/QDs复合高效硅基太阳能电池片及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种Si纳米杆/QDs复合高效硅基太阳能电池片的制备方法。一维硅纳米杆的陷光结构可使电池片的光吸收性能获得明显提高，但其表面载流子复合速率较大，是影响其进一步提高光电转化效率的最大障碍。我们将量子点与硅纳米杆进行复合，使其紧密接触形成异质结，充分利用量子点的量子限域效应和多激子效应，提高热载流子的分离与捕获效率，进而提高硅基太阳能电池的光电转化效率。所述硅基电池片为单晶硅、多晶硅、非晶硅或微晶硅半成品及成品太阳能电池片。此外，本发明专利技术具有工艺简单，材料利用率高，生产成本低的优点，因此适用于工业化大规模生产。

Si nano rod /QDs composite high-efficiency silicon base solar cell sheet and preparation method thereof

The invention provides a preparation method of a Si nano rod /QDs composite high-efficiency silicon base solar cell sheet. The trapping structure of one-dimensional silicon nanorods can improve the light absorption performance of the cell sheet greatly, but the surface carrier recombination rate is larger, which is the biggest obstacle to further improve the photoelectric conversion efficiency. We will be quantum dots and silicon nano rod composite, the close contact formed heterojunction, make full use of quantum dots quantum confinement effect and multi exciton effect, improve the separation of hot carriers and capture efficiency, and improve the photoelectric conversion efficiency of silicon solar cell. The silicon base battery plate is monocrystalline silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon or microcrystalline silicon semi-finished product and finished product solar cell sheet. In addition, the invention has the advantages of simple process, high material utilization rate and low production cost, so the utility model is suitable for large-scale industrial production.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光电纳米材料及太阳能电池领域,具体说是Si纳米杆/QDs复合娃基太阳能电池片及其制备方法。技术背景硅基电池是目前转换效率最高，技术最为成熟的光伏器件。晶硅太阳能电池的理论转化效率可达31%，实验报道的最高转化效率为25%，而工业化生产的成品电池效率约为15%。制约晶硅电池光电转换效率的主要原因是晶硅材料的光吸收效率不高:高于晶体硅能隙(1.12eV)的太阳光子以“热电子”的形式损耗。一系列减反射措施如表面织构化、表面蚀亥IJ、发射区钝化、分区掺杂、溅射Si3N4减反射涂层改进了光吸收性能，但大大增加了生产成本。一维硅纳米杆结构可使硅基太阳能电池的光吸收率大大增强，且具有生产成本低的优点，但其表面载流子较大的复合速率是影响其进一步提高光电转化效率的最大障碍。量子点具有吸收光谱宽、吸收系数高的特性，因而能够作为与氮化硅辅助的光吸收材料，能够拓宽晶硅电池的吸收光谱。量子点的量子限域效应，使得其具有减缓热载流子冷却速率和电子驰豫的作用，可使热载流子在冷却到带边之前，将它们捕获利用。如果热载流子的全部能量能够被捕获，则光电转换效率理论上可以达到66%以上。若将半导体量子点与硅纳米杆结合，形成量子点与硅纳米杆材料的异质结构，减缓热载流子复合，则硅基电池光电转换效率将具有进一步提升的潜力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于将胶体量子点与硅纳米杆太阳能电池片相结合，利用其各自优点对硅基太阳能电池进行增效处理。使用简单易操作的方法制备硅纳米杆，并将胶体量子点沉积吸附于硅纳米杆电池片表面，经一定的处理操作后，量子点与硅纳米杆电池形成异质结构，对电池片起到敏化作用，以提高硅基太阳能电池的光电转化效率。本专利技术技术方案为:Si纳米杆/QDs复合高效硅基太阳能电池片的制备方法，包括以下步骤:(I)电池片预处理:将硅基电池片浸入无水乙醇溶剂超声清洗15~30s，再将硅基电池片立即浸入二次蒸馏水超声清洗l_5min ；(2)硅纳米杆的制备:配置0.001-0.lmol/L金属盐溶液与0.1-0.5mol/L HF的混合溶液，将硅基电池片浸溃15-60s ;配置0.3-0.8mol/L H2O2与0.1-0.7mol/L HF的混合液，再将硅片浸溃15-60s ;最后用浓硝酸超声清洗l_5min ；(3)量子点的制备:配置0.005~0.05mol/L金属源溶液，加入0.01~0.lmol/L络合剂，再加入I X 10_4~I X 10^3mol/L表面活性剂，获得前驱液；配置0.005~0.lmol/L含硫溶液，以I滴/5~20s的速度缓慢滴入前驱液，在磁力搅拌环境下获得量子点胶体溶液；(4)量子点在电池片上的沉积:将经过预处理的电池片浸入量子点胶体溶液中30?60s,以< lcm/s的速度缓慢提拉,吹干,此为一个沉积吸附周期,如此循环I?3次；(5)热处理:使用真空干燥箱200°C?250°C热处理I?5min。步骤(2)中所述金属盐溶液包括硝酸银、醋酸银、硝酸铁、氯化铁、硝酸铜和硝酸锌溶液。步骤(3)中所述金属源为铅、锌、镉、铜、锡、铁、钴或镍的醋酸盐、氯化盐或硝酸盐中的一种。步骤(3)中所述络合剂包括3-巯基丙酸、巯基乙醇、乙二胺四乙酸、三乙醇胺；表面活性剂包括十六烷基三甲基溴化铵、六亚甲基四胺、十二烷基苯磺酸钠；含硫溶液包括硫化铵、硫化钠、硫代乙酰胺和硫脲溶液。所述硅基电池片为单晶硅、多晶硅、非晶硅或微晶硅的半成品太阳能电池片。步骤(4)中量子点在电池片上的沉积还可采用滴涂、旋涂、喷涂、或丝网印刷等方法，经热处理与量子点层牢固接触，形成异质结，可应用于半成品硅基太阳能电池片的增效处理。本专利技术提出的一种胶体量子点敏化硅基太阳能电池片及其制备方法，具有以下特点和优点:(a)本专利技术的硅纳米杆结构对太阳光具有较强的吸收作用，可明显减少电池表面光反射，提闻娃基太阳能电池的光电性能。(b)量子点沉积于硅纳米杆表面，可明显减缓载流子复合速率，进一步提高硅基太阳能电池的效率。(c)本专利技术的胶体量子点稳定性好，室温下稳定存在120h以上，胶体溶液可多次重复利用。(d)经处理后量子点/硅纳米杆太阳能电池片与未经处理的硅基电池片相比，吸收光谱明显提高，短路电流增大19%?28%，开路电压增大2.3%?5.1%，光电转化效率最大增加30%ο(e)本专利技术的制备工艺简单易操作，原料价廉易得，适合工业化生产。【附图说明】图1为本专利技术实施例1中硅纳米杆电池片与未经处理样片吸收光谱对比图。图2为本专利技术实施例1中硅纳米杆电池片与未经处理样片反射光谱对比图。图3为本专利技术实施例1中硫化铅胶体量子点TEM图像。图4为本专利技术实施例1中硫化铅胶体量子点/硅纳米杆复合电池片FESEM断面图像。图5为本专利技术实施例1中硅纳米杆电池，硫化铅量子点/晶纳米杆复合电池，未经处理样片光电性能对比图。【具体实施方式】以下结合具体实施例对本专利技术的技术方案进一步说明。实施例1(a)将硅基电池片浸入无水乙醇溶剂超声清洗20s，再浸入二次蒸馏水超声清洗2min。(b)配置0.002mol/L硝酸银，0.5mol/L HF混合溶液，将硅片浸溃30s。(c)配置0.4mol/L H2O2,0.5mol/L HF混合溶液，将硅片浸溃30s，用浓硝酸超声清洗3min。(d)配置0.005mol/L醋酸铅溶液；加入0.01mol/L3-巯基丙酸；再加入2X 10_4mol/L十六烷基三甲基溴化铵获得前驱液。配置0.005mol/L硫化胺溶液，体积与醋酸铅溶液相同，以20s —滴的速度缓慢滴入前驱液。(e)将经过处理的硅基电池片浸入量子点胶体溶液中，浸溃30s，以0.5cm/s的速度缓慢提拉，用吹风机缓慢吹干，此为一个沉积吸附周期，如此循环2次。(f)使用真空干燥箱200°C热处理3min。实施例2本实施例与实施例1不同之处在于:步骤b)金属源为醋酸银，浓度为0.005mol/L0实施例3本实施例与实施例1不同之处在于:步骤b)金属源为硝酸铁，浓度为0.005mol/L0 步骤 c) H2O2 浓度为 0.3mol/L, HF 浓度为 0.6mol/L。实施例4本实施例与实施例1不同之处在于:步骤b)金属源为氯化铁，浓度为0.005mol/L0 步骤 c) H2O2 浓度为 0.5mol/L, HF 浓度为 0.6mol/L。实施例5本实施例与实施例1不同之处在于:步骤b)金属源为硝酸锌，浓度为0.0lmol/L。步骤 c) H2O2 浓度为 0.5mol/L, HF 浓度为 0.7mol/L。实施例6本实施例与实施例1不同之处在于:步骤b)金属源为氯化锌，浓度为0.005mol/L0 步骤 c) H2O2 浓度为 0.5mol/L, HF 浓度为 0.7mol/L。实施例7本实施例与实施例1不同之处在于:步骤b)金属源为醋酸铜，浓度为0.0lmol/L。步骤 c)H202 浓度为 0.6mol/L, HF 浓度为 0.6mol/L。实施例8本实施例与实施例1不同之处在于:步骤b)金属源为硝酸铜，浓度为0.0lmol/L。步骤 c)H202 浓度为 0.6mol/L, HF 浓度为 0.6mol/L。实施例9本实施例与实施例1不同之处在于:步骤b)金属源为氯化铜，浓度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Si纳米杆/QDs复合高效硅基太阳能电池片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）电池片预处理：将硅基电池片浸入无水乙醇溶剂超声清洗15～30s，再将硅基电池片立即浸入二次蒸馏水超声清洗1?5min；（2）硅纳米杆的制备：配置0.001?0.1mol/L金属盐溶液与0.1?0.5mol/L?HF的混合溶液，将硅基电池片浸渍15?60s；配置0.3?0.8mol/L?H2O2与0.1?0.7mol/L?HF的混合液，再将硅片浸渍15?60s；最后用浓硝酸超声清洗1?5min；（3）量子点的制备：配置0.005～0.05mol/L金属源溶液，加入0.01～0.1mol/L络合剂，再加入1×10?4～1×10?3mol/L表面活性剂，获得前驱液；配置0.005～0.1mol/L含硫溶液，以1滴/5～20s的速度缓慢滴入前驱液，在磁力搅拌环境下获得量子点胶体溶液；（4）量子点在电池片上的沉积：将经过预处理的电池片浸入量子点胶体溶液中30～60s，以＜1cm/s的速度缓慢提拉，吹干，此为一个沉积吸附周期，如此循环1～3次；（5）热处理：使用真空干燥箱200℃～250℃热处理1～5min。

【技术特征摘要】
1.一种Si纳米杆/QDs复合高效硅基太阳能电池片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)电池片预处理:将硅基电池片浸入无水乙醇溶剂超声清洗15~30s，再将硅基电池片立即浸入二次蒸馏水超声清洗l_5min ； (2)硅纳米杆的制备:配置0.001-0.lmol/L金属盐溶液与0.1-0.5mol/L HF的混合溶液，将硅基电池片浸溃15-60s ;配置0.3-0.8mol/L H2O2与0.1-0.7mol/L HF的混合液，再将硅片浸溃15-60s ;最后用浓硝酸超声清洗l_5min ； (3)量子点的制备:配置0.005~0.05mol/L金属源溶液，加入0.01~0.lmol/L络合剂，再加入I X 10_4~I X 10^3mol/L表面活性剂，获得前驱液；配置0.005~0.lmol/L含硫溶液，以I滴/5~20s的速度缓慢滴入前驱液，在磁力搅拌环境下获得量子点胶体溶液； (4)量子点在电池片上的沉积:将经过预处理的电池片浸入量子点胶体溶液中30~60s,以< lcm/s的速度缓慢提拉，吹干，此为一个沉积吸附周期，如此循环I~3次； (5)热处理:使用真空干燥箱200°C~250°C热处理I~5min。...

【专利技术属性】
技术研发人员：余锡宾，冯吴亮，李宇生，尧志凌，浦旭鑫，夏玉胜，刘洁，
申请(专利权)人：上海师范大学，
类型：发明
国别省市：