本實用新型涉及太陽能電池領(lǐng)域，特別涉及一種晶體硅量子點太陽能電池。

背景技術(shù)：

隨著光伏產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，晶體硅太陽電池在當前大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用上占據(jù)了絕對主導地位，約占應(yīng)用市場總體的90%以上份額，其余則是非晶硅薄膜電池、銅銦鎵硒（CIGS）、碲化鎘（CdTe）等薄膜電池。

然而，晶體硅太陽電池在產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用上的轉(zhuǎn)換效率雖然在過去十多年取得了很大的進步和提高，但總體來說，其轉(zhuǎn)化效率離當前所能達到的25%左右的實驗室轉(zhuǎn)換效率還有很大差距，更是無法突破Shockle和Queisser曾于1961年通過理論計算得出的單一帶隙太陽電池31%的最大熱力學極限效率。為此，研究人員通過理論研究和科學實驗努力尋找解決晶體硅太陽電池轉(zhuǎn)換效率較低的問題，經(jīng)過近幾十年的研究和摸索發(fā)現(xiàn)量子點在太陽電池中的應(yīng)用有助于提高其轉(zhuǎn)換效率，存在著廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。

量子點太陽電池，被稱為第三代太陽能光伏電池，也是目前光伏電池研發(fā)領(lǐng)域最新、最前沿的太陽電池之一。量子點太陽電池一般是將量子點鑲嵌在太陽能電池片的半導體薄膜中，利用量子點的光電特性能夠大幅提高光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

CN201010140456.X公開了一種硅量子點太陽能電池，自下而上依次含有：嵌有銀鋁背電極的鋁背場、晶體硅襯底、n型晶體硅發(fā)射極、含有n型晶體硅量子點的二氧化硅層和銀正電極。雖然，該電池結(jié)構(gòu)簡單，光吸收能力強，光生電流大，提高了現(xiàn)有晶體硅太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率。但其公開的量子點結(jié)構(gòu)相對比較單一，不能有效吸收各個波段不同能量的光子。而CN103000742A雖然公開了在p型晶體硅襯底上沉積逐層帶隙漸變的量子點薄膜作為本征層，但其結(jié)構(gòu)相對復雜，而且由于其n型發(fā)射結(jié)層以非晶硅薄膜作為異質(zhì)結(jié)，存在著光致衰減效應(yīng)，從而嚴重影響電池的光電轉(zhuǎn)換性能。

因此，亟需開發(fā)一種新的量子點太陽電池，以提高量子點太陽電池的光電轉(zhuǎn)換性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)提供的量子點太陽電池光電轉(zhuǎn)換性能較低的缺陷，本實用新型提供一種光電轉(zhuǎn)換性能好的晶體硅量子點太陽能電池。

基于上述目的，本實用新型提供的一種晶體硅量子點太陽能電池，其中， 包括依次層疊的鋁背電場、晶體硅襯底、發(fā)射結(jié)層、硅化物層、透明薄膜層和金屬電極，其中，所述硅化物層包括第一硅化物層和第二硅化物層，所述第二硅化物層含有硅量子點，所述第一硅化物層和第二硅化物層交替堆疊形成多層結(jié)構(gòu)，從發(fā)射結(jié)層至透明薄膜層所述多層結(jié)構(gòu)中第一硅化物層的層厚度漸變，從發(fā)射結(jié)層至透明薄膜層所述多層結(jié)構(gòu)中第二硅化物層的層厚度漸變。優(yōu)選的，硅量子點的粒徑隨著第二硅化物層厚度的變化而變化。

優(yōu)選的，每個第二硅化物層中的硅量子點的粒徑大小大致相同。

優(yōu)選的，第二硅化物層中多個所述硅量子點有序排列，相鄰所述硅量子點的間距為1-8 nm。

優(yōu)選的，相鄰兩層第二硅化物層中，近透明薄膜層的第二硅化物層中硅量子點在遠透明薄膜層的第二硅化物層上的投影是在相鄰兩硅量子點之間的空隙上。

優(yōu)選的，從發(fā)射結(jié)層至透明薄膜層所述多層結(jié)構(gòu)中第一硅化物層的層厚度逐漸減薄，多層結(jié)構(gòu)中第二硅化物層的層厚度逐漸減薄。

優(yōu)選的，第一硅化物層的層厚度最厚為6-8nm，最薄為1-3 nm；所述第二硅化物層的層厚度最厚為8-10 nm，最薄為1-3nm。

優(yōu)選的，從發(fā)射結(jié)層至透明薄膜層所述第二硅化物層中硅量子點的粒徑逐漸減小；所述硅量子點的粒徑最大為6-8 nm，最小為1-3 nm。

優(yōu)選的，交替堆疊的第一硅化物層和第二硅化物層中第一層所述第二硅化物層與發(fā)射結(jié)層接觸。

優(yōu)選的，發(fā)射結(jié)層的層厚度為50-500 nm；所述硅化物層的層厚度為20-200 nm；所述透明薄膜層的層厚度為20-100nm。

本實用新型的發(fā)明人在研究過程中發(fā)現(xiàn)，在晶體硅量子點太陽電池中將含硅量子點的第二硅化物層和第一硅化物層交替堆疊形成多層結(jié)構(gòu)，且由發(fā)射結(jié)層至透明薄膜層，第一硅化物層和第二硅化物層的層厚度逐漸減小，即將硅化物層內(nèi)部設(shè)計成漸變厚度的多層結(jié)構(gòu)，可充分吸收紫外區(qū)和可見光區(qū)不同能量的光子，從而增強電池光生電流，在優(yōu)選情況下，含硅量子點的硅化物層中硅量子點的顆粒密度由發(fā)射結(jié)層至透明薄膜層依次增大可以有效提高電池的開路電壓。

本實用新型提供的晶體硅量子點太陽電池能有效提高光生電流和開路電壓且制備工藝簡單易行，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

本實用新型的其它特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。

附圖說明

附圖是用來提供對本實用新型的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本實用新型，但并不構(gòu)成對本實用新型的限制。在附圖中：

圖1為本實用新型實施例1制得的晶體硅量子點太陽電池的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實用新型實施例1制得的硅化物層的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本實用新型實施例2制得的硅化物層的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1-圖3中：

1、鋁背電場，2、晶體硅襯底，3、發(fā)射結(jié)層，4、硅化物層，5、透明薄膜層，6、金屬電極，7、硅量子點，41、第一硅化物層，42、第二硅化物層。

具體實施方式

為了使本實用新型所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。

在本實用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語“橫向”、“長度”、“寬度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“順時針”、“逆時針”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。

此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。在本實用新型的描述中，“多個”的含義是至少兩個，例如兩個、三個等，除非另有明確具體的限定。

在本實用新型中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關(guān)系，除非另有明確的限定。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本實用新型中的具體含義。

在本實用新型中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面結(jié)合附圖及實施例對本實用新型做進一步描述。

本實用新型提供了一種晶體硅量子點太陽能電池，包括依次層疊的鋁背電場1、晶體硅襯底2、發(fā)射結(jié)層3、硅化物層4、透明薄膜層5和金屬電極6，硅化物層4一般含有硅量子點，采用硅量子點的光電特性能夠大幅提高光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

實施例1

如圖1所示，從下至上的順序依次是鋁背電場1、晶體硅襯底2、發(fā)射結(jié)層3、硅化物層4、透明薄膜層5和金屬電極6，圖2所示，硅化物層4包括第一硅化物層41和第二硅化物層42，第二硅化物層42中含有硅量子點7。其中，第一硅化物層41和第二硅化物層42交替堆疊形成多層結(jié)構(gòu)，如圖2所示本實施例含有8層結(jié)構(gòu)具體可以是，第一層第二硅化物層42/第一層第一硅化物層41/第二層第二硅化物層42/第二層第一硅化物層41/第三層第二硅化物層42/第三層第一硅化物層41/第四層第二硅化物層42/第四層第一硅化物層41；從下至上的順序依次是將第一層即最下一層第二硅化物層42的背光面與發(fā)射結(jié)層3接觸，并覆蓋發(fā)射結(jié)層3的向光面；將第一層第一硅化物層41的背光面與第一層第二硅化物層42接觸，并覆蓋第一層第二硅化物層42的向光面；將第二層第二硅化物層42的背光面與第一層第一硅化物層41接觸，并覆蓋第一層第一硅化物層41的向光面；將第二層第一硅化物層41的背光面與第二層第二硅化物層42接觸，并覆蓋第二層第二硅化物層42的向光面；……將第四層第一硅化物層41的背光面與第四層第二硅化物層42接觸，并覆蓋第四層第二硅化物層42的向光面；第四層第一硅化物層41的受光面與透明薄膜層5的背光面接觸。

依上所述述可將第一硅化物層41和第二硅化物層42交替堆疊1-20次，本實施例中具體交替堆疊4次。多層結(jié)構(gòu)的硅化物層4中，第一硅化物層41相較于第二硅化物層42更接近透明薄膜層5，優(yōu)選第一硅化物層41的受光面與透明薄膜層5的背光面接觸。

晶體硅襯底2可以為n型也可以為P型，優(yōu)選情況下，當晶體硅襯底2為P型時，發(fā)射結(jié)層3和硅量子點7均為n型；當晶體硅襯底2為n型時，發(fā)射結(jié)層3和硅量子點均為P型；本實施例中優(yōu)選晶體硅襯底2為P型，發(fā)射結(jié)層3和硅量子點均為n型。

將第一硅化物層和含硅量子點的第二硅化物層交替堆疊形成漸變層厚度的多層結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有量子點帶隙可調(diào)的功能，起到有效吸收太陽光譜中紫外區(qū)的高能量光子的效果。所述層厚度是指每一層本身的厚度，例如，第二硅化物層42的層厚度為第二硅化物層42中最接近發(fā)射結(jié)層的邊緣至最接近透明薄膜層邊緣的距離；例如，硅化物層4的層厚度為硅化物層4中最接近發(fā)射結(jié)層的邊緣至最接近透明薄膜層邊緣的距離。

從發(fā)射結(jié)層3至透明薄膜層5，多層結(jié)構(gòu)中第二硅化物層42逐漸減薄，其中，第二硅化物層42中硅量子點7的粒徑隨著第二硅化物層42層厚度的變化而變化，同時第一硅化物層41的層厚度也隨其逐漸減薄。本實施例的8層結(jié)構(gòu)中具體可以是：第一層即最下一層中的第一層第二硅化物層42的層厚度為10 nm，該層中的硅量子點7的平均粒徑大小大致相同為8 nm，相鄰硅量子點7之間的間距為8 nm；第二層中的第一層第一硅化物層41的層厚度為8 nm；第三層中的第二層第二硅化物層42的層厚度為7 nm，該層中的硅量子點7的平均粒徑大小大致相同為6 nm，硅量子點7之間的間距為6 nm；第四層中的第二層第一硅化物層41的層厚度為5 nm；第五層中的第三層第二硅化物層42的層厚度為5 nm，該層中的硅量子點7的平均粒徑大小大致相同為4nm，硅量子點7之間的間距為4 nm；第六層中的第三層第一硅化物層41的層厚度為4nm；第七層中的第四層第二硅化物層42的層厚度為3 nm，該層中的硅量子點7的平均粒徑大小大致相同為1nm，硅量子點7之間的間距為1 nm；第八層中的第四層第一硅化物層41的層厚度為2nm；可優(yōu)選，第二硅化物層42中的硅量子點7的顆粒密度由發(fā)射結(jié)層3至透明薄膜層5逐漸增大。

本實施例中硅化物層4中的硅化物材質(zhì)選自氮化硅（Si₃N₄）、氧化硅（SiO₂）和碳化硅（SiC）中的一種或幾種，其中，第二硅化物層42中還含有高純硅（7N）和摻磷硅，經(jīng)過高溫退火后形成硅量子點7。即，第二硅化物層42為富鋰硅層。

本實施例中，發(fā)射結(jié)層3的層厚度為50-200 nm；硅化物層4的層厚度為20-200 nm；透明薄膜層5的層厚度為20-100 nm。其中，硅量子點7的平均粒徑為1-8nm；第二硅化物層42的層厚度為1-10nm；第一硅化物層41的層厚度為1-8 nm。

本實施例中，每個第二硅化物層42中的多個硅量子點7平行于第一硅化物層41延伸的方向有序排列。相鄰兩層第二硅化物層42中，近透明薄膜層5的第二硅化物層42中硅量子點7在遠透明薄膜層5的第二硅化物層42上的投影是在相鄰硅量子點7之間的空隙上。

根據(jù)本實用新型所述的太陽能電池，優(yōu)選地，所述透明導電薄膜選自摻鋁氧化鋅（AZO）、摻鈦氧化鋅（TZO）、摻氟氧化銦（IFO）和摻錫氧化銦（ITO）等透明導電薄膜中的至少一種，進一步優(yōu)選為摻錫氧化銦（ITO）透明導電薄膜。采用該種優(yōu)選實施方式，利用ITO透明導電薄膜作為太陽能電池的正面電極，有利于發(fā)射結(jié)區(qū)電子的收集，在有助于吸收紫外光的同時，又能起到減反射的作用，并且ITO透明導電薄膜的制備簡單易行。

本實用新型對所述金屬電極6的種類沒有特別的限定，可以為本領(lǐng)域常用的各種金屬電極6，但是為了進一步提高太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率，優(yōu)選所述金屬電極6選自Ag、Al、Ni、Cu、Sn等金屬電極中的至少一種；進一步的，所述各種金屬電極6為Cu/Sn復合電極。采用該種優(yōu)選實施方式可以有效地收集電池表面區(qū)域的載流子（電子和空穴），相較于常規(guī)電池所使用的Ag電極材料又能夠大大降低電池生產(chǎn)成本。

在本實用新型中，優(yōu)選地，所述Cu/Sn復合電極中Cu位于復合電極的下部，Sn位于復合電極的上部，該種方式更有利于焊接的進行。

根據(jù)本實用新型所述的太陽能電池，優(yōu)選地，該太陽能電池的晶體硅襯底的正反面為絨面。采用晶體硅襯底能夠有效產(chǎn)生并傳輸電子和空穴，同時正反面采用絨面結(jié)構(gòu)能夠?qū)Ρ砻嫒肷涔庑纬啥啻畏瓷浜臀?，進而達到提高電池光電轉(zhuǎn)換性能的目的。

在本實用新型中，優(yōu)選所述絨面呈凹凸結(jié)構(gòu)。

需要說明的是，在本實用新型中所述絨面呈現(xiàn)出的凹凸結(jié)構(gòu)可以不是完全相同的，由于所述絨面的制備工藝，所述凹凸結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)略微的差異。

在本實用新型中，優(yōu)選所述正反面的各自凹凸結(jié)構(gòu)的最高點與最低點的垂直平均高度為3-8μm。

實施例2

如圖3所示，本實施例與實施例1的區(qū)別點在于本實施例含有9層結(jié)構(gòu)具體可以是，第一層第二硅化物層42/第一層第一硅化物層41/第二層第二硅化物層42/第二層第一硅化物層41/第三層第二硅化物層42/第三層第一硅化物層41/第四層第二硅化物層42/第四層第一硅化物層41/第五層第二硅化物層42；從下至上的順序依次是將第一層即最下一層第二硅化物層42的背光面與發(fā)射結(jié)層3接觸，并覆蓋發(fā)射結(jié)層3的向光面；將第一層第一硅化物層41的背光面與第一層第二硅化物層42接觸，并覆蓋第一層第二硅化物層42的向光面；將第二層第二硅化物層42的背光面與第一層第一硅化物層41接觸，并覆蓋第一層第一硅化物層41的向光面；將第二層第一硅化物層41的背光面與第二層第二硅化物層42接觸，并覆蓋第二層第二硅化物層42的向光面；……將第五層第二硅化物層42的背光面與第四層第一硅化物層41接觸，并覆蓋第四層第一硅化物層41的向光面；第五層第二硅化物層42的受光面與透明薄膜層5的背光面接觸。

從發(fā)射結(jié)層3至透明薄膜層5，多層結(jié)構(gòu)中第二硅化物層42逐漸減薄，其中，第二硅化物層42中硅量子點7的粒徑隨著第二硅化物層42層厚度的變化而變化，同時第一硅化物層41的層厚度也隨其逐漸減薄。本實施例的9層結(jié)構(gòu)中具體可以是：第一層即最下一層中的第一層第二硅化物層42的層厚度為10 nm，該層中的硅量子點7的平均粒徑大小大致相同為8 nm，相鄰硅量子點7之間的間距為8 nm；第二層中的第一層第一硅化物層41的層厚度為8 nm；第三層中的第二層第二硅化物層42的層厚度為8 nm，該層中的硅量子點7的平均粒徑大小大致相同為6 nm，硅量子點7之間的間距為6 nm；第四層中的第二層第一硅化物層41的層厚度為6nm；第五層中的第三層第二硅化物層42的層厚度為6 nm，該層中的硅量子點7的平均粒徑大小大致相同為4nm，硅量子點7之間的間距為4 nm；第六層中的第三層第一硅化物層41的層厚度為4nm；第七層中的第四層第二硅化物層42的層厚度為4 nm，該層中的硅量子點7的平均粒徑大小大致相同為2nm，硅量子點7之間的間距為2nm；第八層中的第四層第一硅化物層41的層厚度為2nm；第九層中的第五層第二硅化物層42的層厚度為2 nm，該層中的硅量子點7的平均粒徑大小大致相同為1nm，硅量子點7之間的間距為1 nm；可優(yōu)選，每層第二硅化物層42中的硅量子點7的顆粒密度由發(fā)射結(jié)層3至透明薄膜層5逐漸增大。

其他實施方式與實施例1相同。

本實用新型通過將第一硅化物層41和第二硅化物層42交替堆疊形成多層結(jié)構(gòu)，同時由發(fā)射結(jié)層3至透明薄膜層5，第一硅化物層41和第二硅化物層42的層厚度隨著硅量子點7粒徑的變化而變化，即將硅化物層4內(nèi)部設(shè)計成漸變層厚度的多層結(jié)構(gòu)，可充分吸收紫外區(qū)和可見光區(qū)不同能量的光子，從而增強電池光生電流，提高電池光電轉(zhuǎn)效率。在優(yōu)選情況下，硅量子點7的顆粒密度由發(fā)射結(jié)層3至透明薄膜層5逐漸增大的同時，含硅量子點的第二硅化物層42中磷或硼的摻雜濃度由發(fā)射結(jié)層至透明薄膜層依次增大可以進一步提高電池的開路電壓。

本實用新型提供的晶體硅量子點太陽電池能有效提高光生電流和開路電壓且制備工藝簡單易行，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結(jié)合和組合。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。