CN101834215B - 硅量子点太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

硅量子点太阳能电池属于太阳能电池领域的一种新型硅量子点太阳能电池，其特征在于在传统晶体硅电池的pn结之上加入硅量子点层。所述太阳能电池的包括如下结构：在制绒的p型(或n型)晶体硅衬底上扩散三氯氧磷(或三溴化硼)，然后制备一层含有n型(或p型)硅量子点的二氧化硅层，最后在正反两面分别加上银正电极，嵌有银铝背电极的铝背电场。此电池结构简单，光吸收能力强，光生电流大，且制备步骤与现有的晶体硅太阳能电池的制备工艺兼容，为提高现有晶体硅电池的转换效率提高了一种很好的解决途径。

Description

硅量子点太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池及其制备技术，尤其涉及两种新型硅量子点太阳能电池结构及其制备方法，属于太阳能电池及纳米材料应用技术领域。
背景技术
太阳能电池是以半导体材料为基础的一种具有光电转换效率的半导体器件，其工作原理是利用半导体材料吸收光能后发生光生伏特效应将太阳辐射能直接转换成电能。当n型和p型半导体结合在一起，形成pn结时，由于多数载流子的扩散，形成了空间电荷区，并形成一个不断增强的从n型指向p型的内建电场，导致多数载流子的反向漂移而达到平衡。如果光照在pn结上，而且光能大于pn结的禁带宽度，则在pn结附近将产生电子空穴对。由于内建电场的存在，产生的非平衡电子载流子将向空间电荷区两端漂移，产生光生电势，破坏了原来的平衡。如果将pn结和外电路相连，则电路中出现电流，称为光生伏打现象或光生伏特效应，是太阳能电池的基本原理。
硅是制造太阳能电池中使用最普遍的材料，在地壳中的含量仅次于氧而位居第二。在太阳能电池中，硅系太阳能电池无疑是发展最成熟的，但由于硅提纯过程耗能极高，使得晶体硅电池的原材料成本居高不下；而且目前制造的单结和多结pn太阳能电池工艺步骤复杂，消耗硅材料多，转换效率不足以把生产和应用这种技术所包含的成本降下来，使得在与传统能源的竞争时阻碍了这类技术大规模的应用与推广。为此，人们一直不断在工艺、新材料、电池薄膜化等方面进行探索，而这当中新近发展的硅量子点电池是将纳米技术应用于太阳能电池，能极大地提高光电转换效率，有望为绿色能源的发展带来革命性的变化。
当半导体材料从体相逐渐减小至一定尺寸以后，材料的特征尺寸在三个维度上都与电子的德布罗意波长或电子平均自由程相比拟或更小时，电子在材料中的运动受到了三维限制，也就是说电子的能量在三个维度上都是量子化的，称这种电子在三个维度上都受限制的材料为量子点。由于量子点是由数目较少的原子或分子组成的原子群或分子群，其表面原子是既长程无序又短程无序的非晶层，而在量子点内部存在着结晶完好、周期性排布的原子。正是由于量子点的这种特殊结构类型，并由此产生许多与宏观块状物质不同的理化性质。在晶体硅太阳能电池中引入硅量子点，可利用半导体零维结构的量子尺寸效应。在高密度的量子点群中，尺寸小的量子点可以吸收高能量范围的太阳光，尺寸大的量子点可以吸收低能量范围的太阳光，因此改变量子点的尺寸就可以改变光的吸收波长，就能提高和太阳光谱的整体匹配程度。
在晶体硅太阳能电池中引入硅量子点，可增大能量过渡时间。在大块半导体结晶中，激励到高能级的电子及空穴，会在极短时间内失去载体散射及声子放出的能量。可当半导体转化为低维量子点时，由于能级的离散，电子的能量变化比大块半导体中慢。因而，在放出声子引起能量损失之前，有取出高能量电子的可能。
在晶体硅太阳能电池中引入硅量子点，有助于多能带的形成。在超晶格结构中，量子点间的结合，在导带(和价电子带)中形成小能带。因此，利用多数小能带间的光学转移和光子吸收等复杂的过程，能提高和太阳光谱的匹配度。
本发明二氧化硅基质中的硅量子点的引入，由于其量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，大大加强了晶体硅太阳能电池中的光生电流，从而提高了太阳能电池的短路电流，具有潜在的应用前景。
发明内容
本发明的目的就是要克服第一代晶体硅太阳能电池用材料多、成本高，第二代薄膜电池转换效率低、易产生光致衰减效应的缺点，仍然使用薄膜工艺和丰富的无毒材料，提供一种成本低、制备方法简单、稳定性好、对太阳光谱的吸收利用率和光电转换效率高的第三代量子点太阳能电池及其制备方法。
所述技术方案如下：
硅量子点太阳能电池(I型)，其特征在于，自下而上依次含有：嵌有银铝背电极的铝背电场Back Surface Field、带金字塔绒面的p型晶体硅衬底、n型晶体硅发射极、含有n型硅量子点的二氧化硅层，银正电极，其中：
带金字塔绒面的p型晶体硅衬底，该金字塔的平均高度在6μm～8μm之间；
n型晶体硅发射极，厚度在4nm～20nm之间，掺磷浓度在1015cm-3～1017cm-3之间；
含有n型硅量子点的二氧化硅层，厚度在50nm～200nm之间，量子点的直径在1nm～8nm之间，量子点的掺磷浓度在0.01at％～0.25at％之间，at％为原子百分数。
硅量子点太阳能电池(II型)，其特征在于，自下而上依次含有：嵌有银铝背电极的铝背电场Back Surface Field、带金字塔绒面的n型晶体硅衬底、p型晶体硅发射极、含有p型硅量子点的二氧化硅层，银正电极，其中：
带金字塔绒面的n型晶体硅衬底，该金字塔的平均高度在6μm～8μm之间；
p型晶体硅发射极，厚度在4nm～20nm之间，掺硼浓度在1015cm-3～1017cm-3之间；
含有p型硅量子点的二氧化硅层，厚度在50nm～200nm之间，量子点的直径在1nm～8nm之间，量子点的掺硼浓度在0.01at％～0.25at％之间，at％为原子百分数。
以上两种硅量子点太阳能电池的特征在于引入二氧化硅基质中的硅量子点作为光电转换材料，提高了晶体硅电池的光生电流。
为实现上述的硅量子点太阳能电池而提出的制备方法，依次含有以下步骤：
在晶体硅衬底上用制绒工艺形成表面金字塔结构，以降低太阳能电池的表面反射率，增大太阳光的吸收系数，其中I型电池为p型衬底，II型电池为n型衬底。然后扩散，I型电池扩散三氯氧磷，II型电池扩散三溴化硼，扩散浓度均为1015cm-3～1017cm-3；
用物理气相淀积PVD或化学气相淀积CVD或印刷等方法在衬底上制备一层含有硅量子点的二氧化硅层；
丝网印刷或磁控溅射或真空热蒸发制备银正电极、铝背电场、银铝背电极；
烧结，形成金属和半导体之间良好的欧姆接触。
本发明以二氧化硅基质中的硅量子点作为光电转换材料，电池的制备方法简单，相当于传统的硅基太阳能电池，理论上硅的使用量减少，因此降低了其制造成本。
附图说明
图1为实施例1中的硅量子点太阳能电池层断结构示意图。
图2为实施例2中的硅量子点太阳能电池层断结构示意图。
图3为实施例3中的硅量子点太阳能电池层断结构示意图。
图4为实施例4中的硅量子点太阳能电池层断结构示意图。
图5为实施例5中的硅量子点太阳能电池层断结构示意图。
图6为实施例6中的硅量子点太阳能电池层断结构示意图。
图7为实施例7中的硅量子点太阳能电池层断结构示意图。
图8为实施例8中的硅量子点太阳能电池层断结构示意图。
图9为实施例9中的硅量子点太阳能电池层断结构示意图。
图10为实施例10中的硅量子点太阳能电池层断结构示意图。
图11为实施例11中的硅量子点太阳能电池层断结构示意图。
图12为实施例12中的硅量子点太阳能电池层断结构示意图。
图13为实施例13中的硅量子点太阳能电池层断结构示意图。
图14为实施例14中的硅量子点太阳能电池层断结构示意图。
图15为实施例15中的硅量子点太阳能电池层断结构示意图。
图16为实施例16中的硅量子点太阳能电池层断结构示意图。
图17为实施例17中的硅量子点太阳能电池层断结构示意图。
图18为实施例18中的硅量子点太阳能电池层断结构示意图。
图19为实施例19中的硅量子点太阳能电池层断结构示意图。
图20为实施例20中的硅量子点太阳能电池层断结构示意图。
图21为本发明的硅量子点太阳能电池生产结构流程图。
图22为本发明的硅量子点太阳能电池二氧化硅中硅量子点的高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)照片。
具体实施方式
本发明提出的第一种硅量子点太阳能电池(I型)，自下而上依次含有：嵌有银铝背电极的铝背电场、带金字塔绒面的p型晶体硅衬底、n型晶体硅发射极、含有n型硅量子点的二氧化硅层，银正电极。
本发明提出的第二种硅量子点太阳能电池(II型)，自下而上依次含有：嵌有银铝背电极的铝背电场、带金字塔绒面的n型晶体硅衬底、p型晶体硅发射极、含有p型硅量子点的二氧化硅层，银正电极。
下面结合实施例更详细的说明本发明。
实施例1：
准备厚度为200μm的p型(100)晶向的晶体硅，其掺硼浓度为1015cm-3，电阻率为5欧姆厘米，用标准半导体工艺清洗后作为衬底；
在该p型晶体硅衬底上用质量分数为1.6％的硅酸钠Na2SiO3、质量分数为2.0％的氢氧化钠NaOH和体积分数为6％的异丙醇IPA溶液制绒，即78℃～83℃水浴25min，形成高度为6μm～8μm的表面金字塔结构，以降低太阳能电池的表面反射率，增大太阳光的吸收系数；
在该p型晶体硅衬底上扩散三氯氧磷，形成磷浓度为1015cm-3的n型层；
用PVD，即磁控溅射的方法，用重掺杂0.01at％磷的一氧化硅靶在衬底上制备一层一氧化硅薄膜，其厚度为50nm；
氮气保护下的高温退火，900℃30分钟，一氧化硅层中的硅氧原子重新组合，形成直径为1～3nm的硅量子点，致密分布在二氧化硅的基质中；
用标准丝网印刷工艺制备银正电极、铝背电场、银铝背电极；
用标准烧结工艺烧结，形成金属和半导体之间良好的欧姆接触。
至此，制得I型硅量子点太阳能电池。层断结构如图1所示。
实施例2：
准备厚度为200μm的p型(100)晶向的晶体硅，其掺硼浓度为1015cm-3，电阻率为5欧姆厘米，用标准半导体工艺清洗后作为衬底；
在该p型晶体硅衬底上用质量分数为1.6％的硅酸钠Na2SiO3、质量分数为2.0％的氢氧化钠NaOH和体积分数为6％的异丙醇IPA溶液制绒，即78℃～83℃水浴25min，形成高度为6μm～8μm的表面金字塔结构，以降低太阳能电池的表面反射率，增大太阳光的吸收系数；
在该p型晶体硅衬底上扩散三氯氧磷，形成磷浓度为1015cm-3的n型层；
用PVD，即磁控溅射的方法，用重掺杂0.01at％磷的一氧化硅靶在衬底上制备一层一氧化硅薄膜，其厚度为100nm；
氮气保护下的高温退火，900℃30分钟，一氧化硅层中的硅氧原子重新组合，形成直径为2～3nm的硅量子点，致密分布在二氧化硅的基质中；
用标准丝网印刷工艺制备银正电极、铝背电场、银铝背电极；
用标准烧结工艺烧结，形成金属和半导体之间良好的欧姆接触。
至此，制得I型硅量子点太阳能电池。层断结构如图2所示。
实施例3：
准备厚度为200μm的p型(100)晶向的晶体硅，其掺硼浓度为1015cm-3，电阻率为5欧姆厘米，用标准半导体工艺清洗后作为衬底；
在该p型晶体硅衬底上用质量分数为1.6％的硅酸钠Na2SiO3、质量分数为2.0％的氢氧化钠NaOH和体积分数为6％的异丙醇IPA溶液制绒，即78℃～83℃水浴25min，形成高度为6μm～8μm的表面金字塔结构，以降低太阳能电池的表面反射率，增大太阳光的吸收系数；
在该p型晶体硅衬底上扩散三氯氧磷，形成磷浓度为1015cm-3的n型层；
用PVD，即磁控溅射的方法，用重掺杂0.1at％磷的一氧化硅靶在衬底上制备一层一氧化硅薄膜，其厚度为100nm；
氮气保护下的高温退火，1100℃30分钟，一氧化硅层中的硅氧原子重新组合，形成直径为3～4nm的硅量子点，致密分布在二氧化硅的基质中；
用标准丝网印刷工艺制备银正电极、铝背电场、银铝背电极；
用标准烧结工艺烧结，形成金属和半导体之间良好的欧姆接触。
至此，制得I型硅量子点太阳能电池。层断结构如图3所示。
实施例4：
准备厚度为200μm的p型(100)晶向的晶体硅，其掺硼浓度为1015cm-3，电阻率为5欧姆厘米，用标准半导体工艺清洗后作为衬底；
在该p型晶体硅衬底上用质量分数为1.6％的硅酸钠Na2SiO3、质量分数为2.0％的氢氧化钠NaOH和体积分数为6％的异丙醇IPA溶液制绒，即78℃～83℃水浴25min，形成高度为6μm～8μm的表面金字塔结构，以降低太阳能电池的表面反射率，增大太阳光的吸收系数；
在该p型晶体硅衬底上扩散三氯氧磷，形成磷浓度为1016cm-3的n型层；
用PVD，即磁控溅射的方法，用重掺杂0.1at％磷的一氧化硅靶在衬底上制备一层一氧化硅薄膜，其厚度为200nm；
氮气保护下的高温退火，900℃30分钟，一氧化硅层中的硅氧原子重新组合，形成直径为2～3nm的硅量子点，致密分布在二氧化硅的基质中；
用标准丝网印刷工艺制备银正电极、铝背电场、银铝背电极；
用标准烧结工艺烧结，形成金属和半导体之间良好的欧姆接触。
至此，制得I型硅量子点太阳能电池。层断结构如图4所示。
实施例5：
准备厚度为200μm的p型(100)晶向的晶体硅，其掺硼浓度为1015cm-3，电阻率为5欧姆厘米，用标准半导体工艺清洗后作为衬底；
在该p型晶体硅衬底上用质量分数为1.6％的硅酸钠Na2SiO3、质量分数为2.0％的氢氧化钠NaOH和体积分数为6％的异丙醇IPA溶液制绒，即78℃～83℃水浴25min，形成高度为6μm～8μm的表面金字塔结构，以降低太阳能电池的表面反射率，增大太阳光的吸收系数；
在该p型晶体硅衬底上扩散三氯氧磷，形成磷浓度为1016cm-3的n型层；
用PVD，即磁控溅射的方法，用重掺杂0.1at％磷的一氧化硅靶在衬底上制备一层一氧化硅薄膜，其厚度为200nm；
氮气保护下的高温退火，1100℃30分钟，一氧化硅层中的硅氧原子重新组合，形成直径为4～5nm的硅量子点，致密分布在二氧化硅的基质中；
用标准丝网印刷工艺制备银正电极、铝背电场、银铝背电极；
用标准烧结工艺烧结，形成金属和半导体之间良好的欧姆接触。
至此，制得I型硅量子点太阳能电池。层断结构如图5所示。
实施例6：
准备厚度为200μm的p型(100)晶向的晶体硅，其掺硼浓度为1015cm-3，电阻率为5欧姆厘米，用标准半导体工艺清洗后作为衬底；
在该p型晶体硅衬底上用质量分数为1.6％的硅酸钠Na2SiO3、质量分数为2.0％的氢氧化钠NaOH和体积分数为6％的异丙醇IPA溶液制绒，即78℃～83℃水浴25min，形成高度为6μm～8μm的表面金字塔结构，以降低太阳能电池的表面反射率，增大太阳光的吸收系数；
在该p型晶体硅衬底上扩散三氯氧磷，形成磷浓度为1016cm-3的n型层；
用PVD，即磁控溅射的方法，用重掺杂0.2at％磷的一氧化硅靶在衬底上制备一层一氧化硅薄膜，其厚度为100nm；
氮气保护下的高温退火，1000℃30分钟，一氧化硅层中的硅氧原子重新组合，形成直径为4～5nm的硅量子点，致密分布在二氧化硅的基质中；
用标准丝网印刷工艺制备银正电极、铝背电场、银铝背电极；
用标准烧结工艺烧结，形成金属和半导体之间良好的欧姆接触。
至此，制得I型硅量子点太阳能电池。层断结构如图6所示。
实施例7：
准备厚度为200μm的p型(100)晶向的晶体硅，其掺硼浓度为1015cm-3，电阻率为5欧姆厘米，用标准半导体工艺清洗后作为衬底；
在该p型晶体硅衬底上用质量分数为1.6％的硅酸钠Na2SiO3、质量分数为2.0％的氢氧化钠NaOH和体积分数为6％的异丙醇IPA溶液制绒，即78℃～83℃水浴25min，形成高度为6μm～8μm的表面金字塔结构，以降低太阳能电池的表面反射率，增大太阳光的吸收系数；
在该p型晶体硅衬底上扩散三氯氧磷，形成磷浓度为1016cm-3的n型层；
用PVD，即磁控溅射的方法，用重掺杂0.25at％磷的一氧化硅靶在衬底上制备一层一氧化硅薄膜，其厚度为200nm；
氮气保护下的高温退火，1100℃60分钟，一氧化硅层中的硅氧原子重新组合，形成直径为5～6nm的硅量子点，致密分布在二氧化硅的基质中；
用PVD，即磁控溅射的方法制备银正电极、铝背电场、银铝背电极；
用标准烧结工艺烧结，形成金属和半导体之间良好的欧姆接触。
至此，制得I型硅量子点太阳能电池。层断结构如图7所示。
实施例8：
准备厚度为200μm的p型(100)晶向的晶体硅，其掺硼浓度为1015cm-3，电阻率为5欧姆厘米，用标准半导体工艺清洗后作为衬底；
在该p型晶体硅衬底上用质量分数为1.6％的硅酸钠Na2SiO3、质量分数为2.0％的氢氧化钠NaOH和体积分数为6％的异丙醇IPA溶液制绒，即78℃～83℃水浴25min，形成高度为6μm～8μm的表面金字塔结构，以降低太阳能电池的表面反射率，增大太阳光的吸收系数；
在该p型晶体硅衬底上扩散三氯氧磷，形成磷浓度为1016cm-3的n型层；
用PVD，即磁控溅射的方法，用重掺杂0.25at％磷的一氧化硅靶在衬底上制备一层一氧化硅薄膜，其厚度为50nm；
氮气保护下的高温退火，1100℃60分钟，一氧化硅层中的硅氧原子重新组合，形成直径为5～6nm的硅量子点，致密分布在二氧化硅的基质中；
用真空热蒸发的方法制备银正电极、铝背电场、银铝背电极；
用标准烧结工艺烧结，形成金属和半导体之间良好的欧姆接触。
至此，制得I型硅量子点太阳能电池。层断结构如图8所示。
实施例9：
准备厚度为200μm的p型(100)晶向的晶体硅，其掺硼浓度为1015cm-3，电阻率为5欧姆厘米，用标准半导体工艺清洗后作为衬底；
在该p型晶体硅衬底上用质量分数为1.6％的硅酸钠Na2SiO3、质量分数为2.0％的氢氧化钠NaOH和体积分数为6％的异丙醇IPA溶液制绒，即78℃～83℃水浴25min，形成高度为6μm～8μm的表面金字塔结构，以降低太阳能电池的表面反射率，增大太阳光的吸收系数；
在该p型晶体硅衬底上扩散三氯氧磷，形成磷浓度为1017cm-3的n型层；
用CVD，即化学气相沉积的方法，用硅烷SiH4、笑气N2O、磷烷PH3制备一层200nmSiO，磷含量为0.22at％；
氮气保护下的高温退火，1100℃60分钟，一氧化硅层中的硅氧原子重新组合，形成直径为7～8nm的硅量子点，致密分布在二氧化硅的基质中；
用标准丝网印刷工艺制备银正电极、铝背电场、银铝背电极；
用标准烧结工艺烧结，形成金属和半导体之间良好的欧姆接触。
至此，制得I型硅量子点太阳能电池。层断结构如图9所示。
实施例10：
准备厚度为200μm的p型(100)晶向的晶体硅，其掺硼浓度为1015cm-3，电阻率为5欧姆厘米，用标准半导体工艺清洗后作为衬底；
在该p型晶体硅衬底上用质量分数为1.6％的硅酸钠Na2SiO3、质量分数为2.0％的氢氧化钠NaOH和体积分数为6％的异丙醇IPA溶液制绒，即78℃～83℃水浴25min，形成高度为6μm～8μm的表面金字塔结构，以降低太阳能电池的表面反射率，增大太阳光的吸收系数；
在该p型晶体硅衬底上扩散三氯氧磷，形成磷浓度为1017cm-3的n型层；
用丝网印刷的方法在衬底上印刷一层200nm厚的含有直径为2～8nm的n型纳米硅颗粒的硅胶；
400℃烧结30分钟，硅胶中的有机物成为挥发，形成硅量子点层；
用标准丝网印刷工艺制备银正电极、铝背电场、银铝背电极；
用标准烧结工艺烧结，形成金属和半导体之间良好的欧姆接触。
至此，制得I型硅量子点太阳能电池。层断结构如图10所示。
实施例11：
准备厚度为200μm的n型(100)晶向的晶体硅，其掺磷浓度为1015cm-3，电阻率为5欧姆厘米，用标准半导体工艺清洗后作为衬底；
在该n型晶体硅衬底上用质量分数为1.6％的硅酸钠Na2SiO3、质量分数为2.0％的氢氧化钠NaOH和体积分数为6％的异丙醇IPA溶液制绒，即78℃～83℃水浴25min，形成高度为6μm～8μm的表面金字塔结构，以降低太阳能电池的表面反射率，增大太阳光的吸收系数；
在该n型晶体硅衬底上扩散三溴化硼，形成硼浓度为1015cm-3的p型层；
用PVD，即磁控溅射的方法，用重掺杂0.01at％硼的一氧化硅靶在衬底上制备一层一氧化硅薄膜，其厚度为50nm；
氮气保护下的高温退火，900℃30分钟，一氧化硅层中的硅氧原子重新组合，形成直径为2～3nm的硅量子点，致密分布在二氧化硅的基质中；
用标准丝网印刷工艺制备银正电极、铝背电场、银铝背电极；
用标准烧结工艺烧结，形成金属和半导体之间良好的欧姆接触。
至此，制得II型硅量子点太阳能电池。层断结构如图11所示。
实施例12：
准备厚度为200μm的n型(100)晶向的晶体硅，其掺磷浓度为1015cm-3，电阻率为5欧姆厘米，用标准半导体工艺清洗后作为衬底；
在该n型晶体硅衬底上用质量分数为1.6％的硅酸钠Na2SiO3、质量分数为2.0％的氢氧化钠NaOH和体积分数为6％的异丙醇IPA溶液制绒，即78℃～83℃水浴25min，形成高度为6μm～8μm的表面金字塔结构，以降低太阳能电池的表面反射率，增大太阳光的吸收系数；
在该n型晶体硅衬底上扩散三溴化硼，形成硼浓度为1015cm-3的p型层；
用PVD，即磁控溅射的方法，用重掺杂0.01at％硼的一氧化硅靶在衬底上制备一层一氧化硅薄膜，其厚度为100nm；
氮气保护下的高温退火，900℃30分钟，一氧化硅层中的硅氧原子重新组合，形成直径为2～3nm的硅量子点，致密分布在二氧化硅的基质中；
用标准丝网印刷工艺制备银正电极、铝背电场、银铝背电极；
用标准烧结工艺烧结，形成金属和半导体之间良好的欧姆接触。
至此，制得II型硅量子点太阳能电池。层断结构如图12所示。
实施例13：
准备厚度为200μm的n型(100)晶向的晶体硅，其掺磷浓度为1015cm-3，电阻率为5欧姆厘米，用标准半导体工艺清洗后作为衬底；
在该n型晶体硅衬底上用质量分数为1.6％的硅酸钠Na2SiO3、质量分数为2.0％的氢氧化钠NaOH和体积分数为6％的异丙醇IPA溶液制绒，即78℃～83℃水浴25min，形成高度为6μm～8μm的表面金字塔结构，以降低太阳能电池的表面反射率，增大太阳光的吸收系数；
在该n型晶体硅衬底上扩散三溴化硼，形成硼浓度为1015cm-3的p型层；
用PVD，即磁控溅射的方法，用重掺杂0.1at％硼的一氧化硅靶在衬底上制备一层一氧化硅薄膜，其厚度为100nm；
氮气保护下的高温退火，1100℃30分钟，一氧化硅层中的硅氧原子重新组合，形成直径为3～4nm的硅量子点，致密分布在二氧化硅的基质中；
用标准丝网印刷工艺制备银正电极、铝背电场、银铝背电极；
用标准烧结工艺烧结，形成金属和半导体之间良好的欧姆接触。
至此，制得II型硅量子点太阳能电池。层断结构如图13所示。
实施例14：
准备厚度为200μm的n型(100)晶向的晶体硅，其掺磷浓度为1015cm-3，电阻率为5欧姆厘米，用标准半导体工艺清洗后作为衬底；
在该n型晶体硅衬底上用质量分数为1.6％的硅酸钠Na2SiO3、质量分数为2.0％的氢氧化钠NaOH和体积分数为6％的异丙醇IPA溶液制绒，即78℃～83℃水浴25min，形成高度为6μm～8μm的表面金字塔结构，以降低太阳能电池的表面反射率，增大太阳光的吸收系数；
在该n型晶体硅衬底上扩散三溴化硼，形成硼浓度为1016cm-3的p型层；
用PVD，即磁控溅射的方法，用重掺杂0.1at％硼的一氧化硅靶在衬底上制备一层一氧化硅薄膜，其厚度为200nm；
氮气保护下的高温退火，900℃30分钟，一氧化硅层中的硅氧原子重新组合，形成直径为2～3nm的硅量子点，致密分布在二氧化硅的基质中；
用标准丝网印刷工艺制备银正电极、铝背电场、银铝背电极；
用标准烧结工艺烧结，形成金属和半导体之间良好的欧姆接触。
至此，制得II型硅量子点太阳能电池。层断结构如图14所示。
实施例15：
准备厚度为200μm的n型(100)晶向的晶体硅，其掺磷浓度为1015cm-3，电阻率为5欧姆厘米，用标准半导体工艺清洗后作为衬底；
在该n型晶体硅衬底上用质量分数为1.6％的硅酸钠Na2SiO3、质量分数为2.0％的氢氧化钠NaOH和体积分数为6％的异丙醇IPA溶液制绒，即78℃～83℃水浴25min，形成高度为6μm～8μm的表面金字塔结构，以降低太阳能电池的表面反射率，增大太阳光的吸收系数；
在该n型晶体硅衬底上扩散三溴化硼，形成硼浓度为1016cm-3的p型层；
用PVD，即磁控溅射的方法，用重掺杂0.1at％硼的一氧化硅靶在衬底上制备一层一氧化硅薄膜，其厚度为200nm；
氮气保护下的高温退火，1100℃30分钟，一氧化硅层中的硅氧原子重新组合，形成直径为4～5nm的硅量子点，致密分布在二氧化硅的基质中；
用标准丝网印刷工艺制备银正电极、铝背电场、银铝背电极；
用标准烧结工艺烧结，形成金属和半导体之间良好的欧姆接触。
至此，制得II型硅量子点太阳能电池。层断结构如图15所示。
实施例16：
准备厚度为200μm的n型(100)晶向的晶体硅，其掺磷浓度为1015cm-3，电阻率为5欧姆厘米，用标准半导体工艺清洗后作为衬底；
在该n型晶体硅衬底上用质量分数为1.6％的硅酸钠Na2SiO3、质量分数为2.0％的氢氧化钠NaOH和体积分数为6％的异丙醇IPA溶液制绒，即78℃～83℃水浴25min，形成高度为6μm～8μm的表面金字塔结构，以降低太阳能电池的表面反射率，增大太阳光的吸收系数；
在该n型晶体硅衬底上扩散三溴化硼，形成硼浓度为1016cm-3的p型层；
用PVD，即磁控溅射的方法，用重掺杂0.2at％硼的一氧化硅靶在衬底上制备一层一氧化硅薄膜，其厚度为100nm；
氮气保护下的高温退火，1000℃30分钟，一氧化硅层中的硅氧原子重新组合，形成直径为4～5nm的硅量子点，致密分布在二氧化硅的基质中；
用标准丝网印刷工艺制备银正电极、铝背电场、银铝背电极；
用标准烧结工艺烧结，形成金属和半导体之间良好的欧姆接触。
至此，制得II型硅量子点太阳能电池。层断结构如图16所示。
实施例17：
准备厚度为200μm的n型(100)晶向的晶体硅，其掺磷浓度为1015cm-3，电阻率为5欧姆厘米，用标准半导体工艺清洗后作为衬底；
在该n型晶体硅衬底上用质量分数为1.6％的硅酸钠Na2SiO3、质量分数为2.0％的氢氧化钠NaOH和体积分数为6％的异丙醇IPA溶液制绒，即78℃～83℃水浴25min，形成高度为6μm～8μm的表面金字塔结构，以降低太阳能电池的表面反射率，增大太阳光的吸收系数；
在该n型晶体硅衬底上扩散三溴化硼，形成硼浓度为1016cm-3的p型层；
用PVD，即磁控溅射的方法，用重掺杂0.25at％硼的一氧化硅靶在衬底上制备一层一氧化硅薄膜，其厚度为200nm；
氮气保护下的高温退火，1100℃60分钟，一氧化硅层中的硅氧原子重新组合，形成直径为5～6nm的硅量子点，致密分布在二氧化硅的基质中；
用PVD，即磁控溅射的方法制备银正电极、铝背电场、银铝背电极；
用标准烧结工艺烧结，形成金属和半导体之间良好的欧姆接触。
至此，制得II型硅量子点太阳能电池。层断结构如图17所示。
实施例18：
准备厚度为200μm的n型(100)晶向的晶体硅，其掺磷浓度为1015cm-3，电阻率为5欧姆厘米，用标准半导体工艺清洗后作为衬底；
在该n型晶体硅衬底上用质量分数为1.6％的硅酸钠Na2SiO3、质量分数为2.0％的氢氧化钠NaOH和体积分数为6％的异丙醇IPA溶液制绒，即78℃～83℃水浴25min，形成高度为6μm～8μm的表面金字塔结构，以降低太阳能电池的表面反射率，增大太阳光的吸收系数；
在该n型晶体硅衬底上扩散三溴化硼，形成硼浓度为1016cm-3的p型层；
用PVD，即磁控溅射的方法，用重掺杂0.25at％硼的一氧化硅靶在衬底上制备一层一氧化硅薄膜，其厚度为50nm；
氮气保护下的高温退火，1100℃60分钟，一氧化硅层中的硅氧原子重新组合，形成直径为5～6nm的硅量子点，致密分布在二氧化硅的基质中；
用真空热蒸发的方法制备银正电极、铝背电场、银铝背电极；
用标准烧结工艺烧结，形成金属和半导体之间良好的欧姆接触。
至此，制得II型硅量子点太阳能电池。层断结构如图18所示。
实施例19：
准备厚度为200μm m的n型(100)晶向的晶体硅，其掺磷浓度为1015cm-3，电阻率为5欧姆厘米，用标准半导体工艺清洗后作为衬底；
在该n型晶体硅衬底上用质量分数为1.6％的硅酸钠Na2SiO3、质量分数为2.0％的氢氧化钠NaOH和体积分数为6％的异丙醇IPA溶液制绒，即78℃～83℃水浴25min，形成高度为6μm～8μm的表面金字塔结构，以降低太阳能电池的表面反射率，增大太阳光的吸收系数；
在该n型晶体硅衬底上扩散三溴化硼，形成硼浓度为1017cm-3的p型层；
用CVD，即化学气相沉积的方法，用硅烷SiH4、笑气N2O、硼烷PH3制备一层200nmSiO，硼含量为0.22at％；
氮气保护下的高温退火，1100℃60分钟，一氧化硅层中的硅氧原子重新组合，形成直径为7～8nm的硅量子点，致密分布在二氧化硅的基质中；
用标准丝网印刷工艺制备银正电极、铝背电场、银铝背电极；
用标准烧结工艺烧结，形成金属和半导体之间良好的欧姆接触。
至此，制得II型硅量子点太阳能电池。层断结构如图19所示。
实施例20：
准备厚度为200μm的n型(100)晶向的晶体硅，其掺磷浓度为1015cm-3，电阻率为5欧姆厘米，用标准半导体工艺清洗后作为衬底；
在该n型晶体硅衬底上用质量分数为1.6％的硅酸钠Na2SiO3、质量分数为2.0％的氢氧化钠NaOH和体积分数为6％的异丙醇IPA溶液制绒，即78℃～83℃水浴25min，形成高度为6μm～8μm的表面金字塔结构，以降低太阳能电池的表面反射率，增大太阳光的吸收系数；
在该n型晶体硅衬底上扩散三溴化硼，形成硼浓度为1017cm-3的p型层；
用丝网印刷的方法在衬底上印刷一层200nm厚的含有直径为2～8nm的p型纳米硅颗粒的硅胶；
400℃烧结30分钟，硅胶中的有机物成为挥发，形成硅量子点层；
用标准丝网印刷工艺制备银正电极、铝背电场、银铝背电极；
用标准烧结工艺烧结，形成金属和半导体之间良好的欧姆接触。
至此，制得II型硅量子点太阳能电池。层断结构如图20所示。

Claims (3)

1.硅量子点太阳能电池，其特征在于，自下而上依次含有：嵌有银铝背电极的铝背电场、带金字塔绒面的p型晶体硅衬底、n型晶体硅发射极、含有n型硅量子点的二氧化硅层，银正电极，其中：
带金字塔绒面的p型晶体硅衬底，该金字塔的平均高度在6μm～8μm之间；
n型晶体硅发射极，厚度在4nm～20nm之间，掺磷浓度在1015cm-3～1017cm-3之间；
含有n型硅量子点的二氧化硅层，厚度在50nm～200nm之间，量子点的直径在1nm～8nm之间，量子点的掺磷浓度在0.01at％～0.25at％之间，at％为原子百分数。
2.硅量子点太阳能电池，其特征在于，自下而上依次含有：嵌有银铝背电极的铝背电场、带金字塔绒面的n型晶体硅衬底、p型晶体硅发射极、含有p型硅量子点的二氧化硅层，银正电极，其中：
带金字塔绒面的n型晶体硅衬底，该金字塔的平均高度在6μm～8μm之间；
p型晶体硅发射极，厚度在4nm～20nm之间，掺硼浓度在1015cm-3～1017cm-3之间；
含有p型硅量子点的二氧化硅层，厚度在50nm～200nm之间，量子点的直径在1nm～8nm之间，量子点的掺硼浓度在0.01at％～0.25at％之间，at％为原子百分数。
3.根据权利要求1或2任何一项权利要求所述的硅量子点太阳能电池而提出的制备方法，其特征在于，依次含有以下步骤：
在晶体硅衬底上用制绒工艺形成表面金字塔结构，以降低太阳能电池的表面反射率，增大太阳光的吸收系数，其中I型电池为p型衬底，II型电池为n型衬底，然后扩散，I型电池扩散三氯氧磷，II型电池扩散三溴化硼，扩散浓度均为1015cm-3～1017cm-3；
用物理气相淀积PVD或化学气相淀积CVD或印刷的方法在衬底上制备一层含有硅量子点的二氧化硅层；
丝网印刷或磁控溅射或真空热蒸发制备银正电极、铝背电场、银铝背电极；
烧结，形成金属和半导体之间良好的欧姆接触。
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