由熔融鹽中的二氧化硅通過電沉積在金屬上制備薄膜太陽能級硅的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明通常設及形成高純度娃的方法。更具體地，本發明設及由氧化娃納米粒子 電化學形成娃。
【背景技術】
[0002] 目前對作為用于光伏（PV)裝置的材料的娃具有高的需求和消耗。大多數光伏裝 置基于晶體娃p-n結，因此，娃的價格對該些裝置的成本具有大的影響。用于光伏裝置所需 的娃（其稱為'太陽能娃'）的純度為99. 9999%化腳，該比用于電子應用的娃的純度山腳 更低。因此，相比于常規高純度娃制備方法（如西口子法），對開發太陽能娃的低成本制備 方法，尤其是可直接制備所需純度和結晶度的薄膜的方法倍受重視。通常，高純度娃通過如 下方式制得；在2000°C下使用碳將Si〇2碳熱還原，之后在1000°C下使用肥1提純。該些過 程為高度能量消耗的，并且相當大量排放0)2。
[0003] 已研究用于制備娃的電化學方法，由于電化學方法可產生制備太陽能Si的更便 宜的途徑，因此該些方法是有吸引力的。通常，電化學設備比用于真空過程的設備更簡單， 且更易于控制過程變量。由于Si/Si〇2對具有用于還原的極負的電勢，且Si可容易地被氧 化，娃的電化學形成通常在非水性溶液中進行。對娃的電沉積的許多研究已在有機溶劑或 室溫離子液體中進行，其中通常使用面化娃化合物（如SiCl4和Si肥13)作為前體。然而， 所獲得的娃沉積物較粗且不純。此外，娃為多孔的，導致其易于被氧化，且迄今為止不適于 用作太陽能娃。用于沉積娃的電解質的另一選擇是高溫烙融鹽。已研究LiF/KF/KsSiFe(在 745°C下），據稱其能夠生長相對純（至多4腳的晶體娃。然而，存在有關低沉積速率（其在 制造過程中是個重要的考慮）和處理氣化物化合物的安全性的問題。也有可能由堿金屬娃 酸鹽烙體或堿上金屬娃酸鹽烙體（如BaO- Si〇2- BaFs和SrO- Si〇2- SrFs(在1465°C下）） 制備娃。極高的操作溫度產生高能量消耗，該導致形成與烙體混合的液體娃，并導致它們的 分離困難。
[0004] 最化已報道固體Si〇2可在氯化巧烙體中電化學還原為晶體娃。在化C12烙體中， 電子可從金屬（鋼、鶴或鑲）陰極直接轉移至機械接觸的固體石英片。還原反應在金屬/ 電解質/金屬氧化物=相界面處開始，氧離子從固體結構中去除。
[000引 Si02(S) +4e_ - Si (S) +20 2- (1)
[0006] 該似乎是有希望的方法，因為二氧化娃是便宜且豐富的原材料，且操作條件相比 于其他烙融鹽體系的那些苛刻性更低。
【發明內容】
[0007] -種制備娃膜的方法，其包括；形成包含分散于烙融鹽中的二氧化娃的沉積組合 物；將金屬基材和對電極置于所述組合物中；W及在所述金屬基材與所述對電極之間通過 還原電流，其中所述還原電流引起二氧化娃粒子的還原，W在所述金屬基材上形成娃膜。在 一個實施例中，所述金屬基材為銀基材。
[000引所述二氧化娃粒子可具有小于50ym的平均直徑，或小于1ym的平均直徑。二氧 化娃粒子可為氧化娃粒子在水中的膠體的形式。
[0009] 所述烙融鹽包括一種或多種I族或II族鹽。在一些實施例中，所述烙融鹽包括一 種或多種I族或II族氯化物鹽。可使用的示例性的鹽包括但不限于氯化巧、氯化裡、氯化 鐘或它們的混合物。所述烙融鹽保持在小于約l〇〇〇°C的溫度下。
[0010] 在一些實施例中，所述金屬基材的至少一部分可在基本水平的位置上取向。
[0011] 可通過將合適的氧化形式的滲雜劑添加至所述沉積組合物而形成滲雜娃膜。合適 的滲雜劑包括用于形成P型娃膜的mb族（13族）元素。可使用Vb族（15族）元素來形 成n型娃膜。在一個實施例中，所述沉積組合物包含棚化合物、神化合物、磯化合物、侶化合 物、銅化合物、鋪化合物、餓化合物或它們的混合物，W在所述金屬基材上制備滲雜娃膜。
[0012] 在一個具體實施例中，所述沉積組合物包含氧化侶。在所述銀基材與所述對電極 之間通過還原電流引起二氧化娃粒子和氧化侶的還原，W在所述銀基材上形成侶滲雜的娃 膜。
[0013] 在另一實施例中，所述沉積組合物包含氧化銅。在所述銀基材與所述對電極之間 通過還原電流引起二氧化娃粒子和氧化銅的還原，W在所述銀基材上形成銅滲雜的娃膜。
[0014] 在另一實施例中，所述沉積組合物包含氧化鋪。在所述銀基材與所述對電極之間 通過還原電流引起二氧化娃粒子和氧化鋪的還原，W在所述銀基材上形成鋪滲雜的娃膜。
[0015] 在另一實施例中，所述沉積組合物包含氧化餓。在所述銀基材與所述對電極之間 通過還原電流引起二氧化娃粒子和氧化餓的還原，W在所述銀基材上形成餓滲雜的娃膜。
[0016] 根據如上方法形成的娃涂布的金屬基材可用于多種裝置中，包括光伏裝置。
【附圖說明】
[0017] 本發明的優點對于受益于實施例的如下詳細描述并參照所附附圖的本領域技術 人員而言將變得顯而易見，在所附附圖中：
[0018] 圖1為電化學電池的示意圖；
[0019] 圖2顯示了在含有0. 2MSi化納米粒子懸浮體的850°CCaCls烙融鹽中在Ag巧 (0.35cm2)上的循環伏安圖；
[0020] 圖3顯示了在電解巧mA/cm2,18000s)之后Ag上的Si沉積物的沈M圖像和X射 線衍射；
[0021] 圖4為用于測量Si光活性的光電化學電池的示意圖；
[002引圖5顯示了在UV、可見光和近紅外福照下，在含有（a,b)己基紫堿巧V)或（C，d)N，N，N'，N'-四甲基-對苯二胺（TMPD)的己膳溶液中的娃沉積物的開路電勢和線性掃描伏 安圖的改變；
[002引圖6顯示了在UV福照下，在含有50mMTMPD的己膳溶液中由A1滲雜的二氧化娃 沉積的娃的開路電勢和線性掃描伏安圖的改變；
[0024] 圖7顯示了在含有0. 2MSi化NP的懸浮體的850°CCaCls烙體中在銀電極（-1. 25V相對于準參比電極，QR巧處接近具有不同形狀和計時電流圖的基材的移動二氧化娃粒子的 不意圖；
[00巧]圖8顯示了與Al2〇3電沉積的娃晶體的SEM-EDS和XPS結果，w及與A12〇3、1叫〇3和 訊2化電沉積的娃沉積物的第二離子質譜元素映射；
[0026] 圖9(a)顯示了通過鶴探針探測的娃晶體的SEM圖像，圖9化）顯示了使用鶴探針 在娃晶體上測得的I-V曲線；
[0027] 圖9(c)顯示了在含有0. 1MTBAPFe的己膳中巧。得的娃晶體的莫特-肖特基圖 (5333Hz);和
[002引圖9(d)顯示了根據量和莫特-肖特基圖所估計的滲雜密度。
[0029] 圖10(a)顯示了在UV福照下在含有己基紫堿的己膳溶液中測得的與Al2〇3沉積的 娃的線性掃描伏安圖；
[0030] 圖10化）顯示了取決于Al2〇3的量的光電流（在-0.IV相對于AgQ峭的改變； [00川圖10(C)顯示了在UV福照下在含有TMPD的己膳溶液中測得的與叫03沉積的娃 的線性掃描伏安圖；
[003引圖11顯示了相比于娃晶片的響應，在減去暗電流（a)之前和化）之后在UV福照 下在含有己基紫堿的己膳溶液中測得的與1叫03沉積的娃的線性掃描伏安圖。
[0033] 盡管本發明允許各種修改和替代形式，其具體實施例W示例的方式在附圖中顯 示，并將在本文詳細描述。附圖可不按比例的。然而應了解附圖和對附圖的詳細描述不旨 在將本發明限制至所公開的特定形式，相反，本發明旨在涵蓋落入如所附權利要求書所限 定的本發明的精神和范圍內的所有修改、等同形式和替代形式。
【具體實施方式】
[0034] 應了解本發明不局限于特