專利名稱：含有上轉(zhuǎn)換發(fā)光量子點(diǎn)的晶體硅及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于晶體硅制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種含有上轉(zhuǎn)換發(fā)光量子點(diǎn)的晶體硅制備方法，本發(fā)明還涉及該種方法制備的含有上轉(zhuǎn)換發(fā)光量子點(diǎn)的晶體硅。
背景技術(shù)：
太陽電池可以直接將光能轉(zhuǎn)化為電能，是一種可以有效利用太陽能的方式，也是重要的可再生清潔能源。近十年來，在快速發(fā)展的光伏產(chǎn)業(yè)中，高效率及低成本一直是兩個(gè)主要競爭點(diǎn)。
晶體硅作為當(dāng)前最主要的太陽能電池材料，憑借其電池的高效穩(wěn)定一直占據(jù)著光伏市場的大部分份額。目前限制晶體硅太陽電池大規(guī)模應(yīng)用的主要障礙仍然是其較高的成本，所以不斷提高晶體硅太陽電池的轉(zhuǎn)換效率并降低成本一直是工業(yè)界和研究界不斷努力的目標(biāo)。通常情況下，到達(dá)地面的太陽能光譜(AMl. 5)其能量約1000/m2，波長覆蓋20(T2500nm，然而，晶體硅對紅外波段區(qū)域吸收利用很低。為了能夠更充分、更合理的吸收太陽光，提高晶體硅太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率，較多研究所與高校研究人員做了大量研究。其中包括在硅單晶表面鍍理想的上轉(zhuǎn)換發(fā)光層，從而提高硅電池的光電轉(zhuǎn)換效率。但因其工藝相當(dāng)復(fù)雜，且量子效率較低，不具備大批量生產(chǎn)的可能性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種含有上轉(zhuǎn)換發(fā)光量子點(diǎn)的晶體硅。本發(fā)明的另一目的是提供一種含有上轉(zhuǎn)換發(fā)光量子點(diǎn)的晶體硅制備方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中晶體硅對紅外波段區(qū)域的光吸收利用率低，晶體硅太陽電池轉(zhuǎn)換效率低的問題。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種上述方法制備的含有上轉(zhuǎn)換發(fā)光量子點(diǎn)的晶體硅，所述晶體硅中的稀土元素的濃度為IO1卜1016atoms/cm3。本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，一種含有上轉(zhuǎn)換發(fā)光量子點(diǎn)的晶體硅的制備方法，包括以下步驟步驟I.在太陽能級(jí)多晶硅原料中摻入稀土元素8ppbw 120ppmw，利用常規(guī)CZ法制得單晶硅，或利用常規(guī)鑄錠法制得多晶硅，所述單晶硅或多晶硅中的稀土元素的原子數(shù)量濃度為 IOici 1016atoms/cm3 ；步驟2.將步驟I制得的單晶硅或多晶硅，在700°C 1000°C進(jìn)行退火處理，得到含有上轉(zhuǎn)換發(fā)光量子點(diǎn)的單晶硅或多晶硅，即成。本發(fā)明的有益效果是I)將上轉(zhuǎn)換光譜材料應(yīng)用于單晶硅或多晶硅材料制備工藝上，工藝簡單，制作成本低，具備了大批量生產(chǎn)的前景。
2)本發(fā)明中的退火步驟可以使晶體中氧元素團(tuán)聚在稀土元素周圍，在晶體硅中形成具有熒光效應(yīng)的量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)，提高稀土離子電子躍遷幾率，在硅晶體中形成上轉(zhuǎn)換發(fā)光量子點(diǎn)，提高太陽電池對紅外波段區(qū)域的吸收利用率，從而提高太陽電池轉(zhuǎn)換效率。3)采用本發(fā)明方法制備的晶體硅應(yīng)用于太陽電池，由于稀土離子的電學(xué)特性所以在硅單晶中不顯電性，即稀土離子對硅材料的電學(xué)性能不會(huì)產(chǎn)生影響，利用晶體硅中上轉(zhuǎn)換功能的量子點(diǎn)將紅外光轉(zhuǎn)換為可以使晶體硅吸收波長的光波，增加了硅材料對紅外光譜的吸收；同時(shí)經(jīng)過退火處理后，形成上轉(zhuǎn)換發(fā)光量子點(diǎn)，能夠有效的提高硅材料對紅外波段光的吸收率，利用該晶體硅制得的太陽電池轉(zhuǎn)換效率顯著提高。


圖I是“激發(fā)態(tài)吸收”方式的原理示意圖；
圖2是“光子雪崩及能量傳輸”方式的原理示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的含有上轉(zhuǎn)換發(fā)光量子點(diǎn)的晶體硅制備方法，包括以下步驟步驟I.在太陽能級(jí)多晶硅原料中摻入稀土元素8ppbw 120ppmw，利用常規(guī)CZ法制得單晶硅，或利用常規(guī)鑄錠法制得多晶硅，所述單晶硅或多晶硅中的稀土元素的原子數(shù)量濃度為 IOici 1016atoms/cm3 ；步驟2.將步驟I制得的單晶硅或多晶硅，在700°C 1000°C進(jìn)行退火處理，得到含
有上轉(zhuǎn)換發(fā)光量子點(diǎn)的單晶硅或多晶硅，即成。所述的稀土元素優(yōu)選鉺(Br)、钷(Pm)、禮(Gd)、欽(Ho)Ji (Tm)或衫(Sm)?；蛘呦⊥猎劂s(Er)、钷(Pm)、釓(Gd)、欽(Ho)、銩(Tm)或釤(Sm)其中之一的氧化物。實(shí)施例I選取單晶硅A和單晶硅B，單晶硅A為常規(guī)CZ法獲得的P型單晶硅，單晶硅B為在太陽能級(jí)多晶硅原料中摻入50ppbw鉺(Er)利用CZ法制得的，在單晶硅A、單晶硅B上分別選取一段，得到單晶硅A'段和單晶硅B'段，其中單晶硅A段和單晶硅B段不進(jìn)行退火處理，單晶硅A'段和單晶硅B'段在800°C退火處理2小時(shí)；將上述的四段晶體進(jìn)行切片制得太陽電池，并利用太陽能電池特性測試儀進(jìn)行轉(zhuǎn)換效率檢測，獲得以下數(shù)據(jù)，見表I :表I、實(shí)施例I四段晶體進(jìn)行切片制得太陽電池轉(zhuǎn)換效率檢測對比
晶體編號(hào)摻雜元素種類熱處理?xiàng)l件轉(zhuǎn)換效率
~晶體 AB^18.23%
晶體 BB+ 鉺(Er)%18.27%
晶體A'B800°C熱處理2小時(shí) 18. 18%
晶體B'B+鉺(Er)800°C熱處理2小時(shí) 18. 61%實(shí)施例2
選取單晶硅C和單晶硅D，單晶硅C為常規(guī)CZ法制得得P型單晶硅，單晶硅D為在太陽能級(jí)多晶硅原料中摻入IOOppbw钷(Pm)利用CZ法制得的單晶硅，在單晶硅C和單晶硅D上分別選取一段，得到單晶硅C'段和單晶硅D'段，其中單晶硅C段和單晶硅D段不進(jìn)行退火處理，單晶硅C'和單晶硅D'段在800°C退火處理2小時(shí)；將四段晶體進(jìn)行切片制得太陽電池，并利用太陽能電池特性測試儀進(jìn)行轉(zhuǎn)換效率檢測，獲得以下數(shù)據(jù)，見表2 表2、實(shí)施例2四段晶體進(jìn)行切片制得太陽電池轉(zhuǎn)換效率檢測對比
權(quán)利要求
1.一種含有上轉(zhuǎn)換發(fā)光量子點(diǎn)的晶體硅，其特征在于 晶體硅中的稀土元素的濃度為101° 1016atoms/cm3。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的含有上轉(zhuǎn)換發(fā)光量子點(diǎn)的晶體硅，其特征在于所述的稀土元素選用鉺、钷、釓、欽、銩或釤。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的含有上轉(zhuǎn)換發(fā)光量子點(diǎn)的晶體硅，其特征在于所述的稀土元素選用鉺、钷、釓、欽、銩或釤其中之一的氧化物。
4.一種制備權(quán)利要求I所述的含有上轉(zhuǎn)換發(fā)光量子點(diǎn)的晶體硅的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟I.在太陽能級(jí)多晶娃原料中摻入稀土元素8ppbw 120ppmw,利用常規(guī)CZ法制得單晶硅，或利用常規(guī)鑄錠法制得多晶硅，所述單晶硅或多晶硅中的稀土元素的原子數(shù)量濃度為 IOici 1016atoms/cm3 ； 步驟2.將步驟I制得的單晶硅或多晶硅，在700°C 1000°C進(jìn)行退火處理，得到含有上轉(zhuǎn)換發(fā)光量子點(diǎn)的單晶硅或多晶硅，即成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的含有上轉(zhuǎn)換發(fā)光量子點(diǎn)的晶體硅的制備方法，其特征在于所述的稀土元素選用鉺、钷、釓、欽、銩或釤。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的含有上轉(zhuǎn)換發(fā)光量子點(diǎn)的晶體硅的制備方法，其特征在于所述的稀土元素選用鉺、钷、釓、欽、銩或釤其中之一的氧化物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含有上轉(zhuǎn)換發(fā)光量子點(diǎn)的晶體硅的制備方法，包括以下步驟步驟1.在太陽能級(jí)多晶硅原料中摻入稀土元素8ppbw~120ppmw，利用常規(guī)CZ法制得單晶硅，或利用常規(guī)鑄錠法制得多晶硅，所述單晶硅或多晶硅中的稀土元素的原子數(shù)量濃度為1010~1016atoms/cm3；步驟2.將步驟1制得的單晶硅或多晶硅，在700℃~1000℃進(jìn)行退火處理，得到含有上轉(zhuǎn)換發(fā)光量子點(diǎn)的單晶硅或多晶硅，即成。本發(fā)明還公開了一種上述方法制備的晶體硅，單晶硅中或多晶硅中的稀土元素的濃度為1010~1016atoms/cm3。本發(fā)明方法增加了硅材料對紅外光譜的吸收，轉(zhuǎn)換效率顯著提高。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102832267SQ20121032664
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月6日
發(fā)明者張群社, 祁偉 申請人:西安隆基硅材料股份有限公司, 無錫隆基硅材料有限公司, 寧夏隆基硅材料有限公司, 銀川隆基硅材料有限公司