具有减少的热载流子冷却的光电池制造技术

一种光电池，该光电池包括第一电极、被设置与所述第一电极接触的第一纳米颗粒层、第二电极、被设置与所述第二电极接触的第二纳米颗粒层以及位于所述第一纳米颗粒层和所述第二纳米颗粒层之间并且与所述第一纳米颗粒层和所述第二纳米颗粒层接触的薄膜光电材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及光电池或太阳能电池领域，更具体地，涉及包含纳米 颗粒层和/或纳米晶体光电材料膜的光电池。
技术介绍
在现有的热载流子光电(PV)池(也被称为热载流子太阳能电池)技术 中，在电极和PV材料之间的界面处的电子-电子相互作用引起PV电池中的不期 望的热载流子冷却，并且相应地引起不期望的PV电池能量转换效率的损失。
技术实现思路
本专利技术的一种实施方式提供了一种光电池，所述光电池包括第一电极、 被设置与所述第一电极接触的第一纳米颗粒层、第二电极、被设置与所述第 二电极接触的第二纳米颗粒层、以及位于所述第一纳米颗粒层和所述第二纳 米颗粒层之间并且与所述第一纳米颗粒层和所述第二纳米颗粒层接触的光电材料。 附图说明图1A和图1B是根据本专利技术实施方式的PV电池的三维示意图。 图2是根据本专利技术实施方式的PV电池阵列的三维示意图。 图3A是用于形成根据本专利技术实施方式的PV电池阵列的多腔设备的俯视 示意图。图3B-3G是在图3A的设备中形成PV电池的方法中的步骤的侧视截面图。7图4A是完整的多层PV电池阵列的侧一见截面示意图。图4B是所述阵列的电 路原理图。图5是用CdTe量子点(QD)纳米颗粒共形涂层的碳纳米管(CNT)的透 射电子显微镜(TEM)图像。具体实施例方式图1A和图1B分别示出了根据本专利技术的第一实施方式的光电池1A和根据 本专利技术的第二实施方式的光电池1B。电池1A和电池1B均包括第一电极或内部 电极3、第二电极或外部电极5以及位于所述第一电极和所述第二电极之间的 光电(PV)材料。在图1B所示的电池1B中，PV材料7还与电极3、电才及5电接 触。在从第一电极3到第二电极5 (即，在图1A和图1B中，从左到右)的方向 上的光电材料7的宽度9小于约200nm,例如100nm或更小，优选地在10nm和 20nm之间。在与光电材料的宽度大致垂直的方向上(即，在图1A和图1B中的 垂直方向)的光电材料的高度ll至少为l lim，例如2mm到30iim，例如10n m。术语"大致垂直"既包括空心圓柱形PV材料7的绝对垂直方向，又包括空 心推形PV材料的偏离垂直线1度到45度的方向，所述空心推具有比顶部更宽或 者更窄的基部。可以使用其他合适的PV材料尺寸。PV材料7的宽度9优选地在与入射在PV电池1A、 PV电池1B上的入射太阳 辐射大致垂直的方向上延伸。在图1A和图1B中，所述入射太阳辐射(即，曰 光)是用来以相对于水平宽度9的方向大约70度到1 IO度的角度照射PV材料7， 例如85度到95度。优选地，宽度9足够小以充分阻止光电材料中光生电荷载流 子向所述电极跃迁期间产生声子。换言之，PV材料7的宽度9必须足够小以在 产生大量的声子之前运送足够的电荷载流子至电极3和/或电极5。因此，当入 射太阳辐射的入射光子被PV材料吸收并且被转换成电荷载流子(电子、空穴 和/或激子)时，所述电荷载流子应该在产生大量声子(所述声子使入射辐射 转换成热量，而不是转换成提供光生电流的电荷载流子)之前分别到达电极3、 电极5。例如，优选地，入射光子的至少40°/。(例如40%-100%);陂转换成光生 电荷载流子，该光生电荷载流子到达各自的电极并且生成光生电流而不是产 生声子(即，热量)。在如图1A和图1B所示的实施例中，大约10nm到20nm 的宽度9被认为足够小以阻止产生大量的声子。优选地，宽度9足够小以充分阻止由于载流子复合和/或散射而造成的载流子(例如电子和/或空穴)能量损失。例如，对于无定形硅，所述宽度小于约200nm。对不同的材料，所述宽度 可以不同。光电材料7的高度11优选地足够大以使入射太阳辐射中的入射光子的至 少90% (例如90°/。-95%，例如90%-100% )转换成电荷栽流子。因此，PV材 料7的高度11优选地足够大以收集大部分太阳辐射(即，将大部分光子转换 成光生电荷载流子)并且允许入射太阳辐射的10。/。或更少(例如0%-5°/。)到 达PV电池的底部或者/人PV电池的底部射出(即，到达PV电池下面的4十底)。 高度11优选地足够大以光电吸收波长范围为50nm到2000nm(所述波长范围 优选地为400nm到1000nm)的光子的至少90% (例如90%-100% )。优选地， 高度ll比半导体材料中的最长光子穿透深度大。这种高度大约为l]um或者 对于无定形硅来说要更大。对于不同的材料，所述高度可以不同。优选地， 高度11至少比宽度9大10倍，例如至少大100倍，例如大1000倍到10000 倍。第一电极3优选地包括导电纳米棒，例如纳米纤维、纳米管或者纳米线。 例如，第一电极3可包括导电碳纳米管，例如金属多壁碳纳米管，或者金属 元素纳米线或金属合金纳米线，例如钼纳米线、铜纳米线、4臬纳米线、金纳 米线或钯纳米线，或者包括具有石墨节(graphitic sections)的碳纤维材料的 纳米绳的纳米纤维。所述纳米棒可以是直径为2nm到200nm的圆柱形状，该 直径例如30nm到150nm,例如50nm,并且该纳米才奉的高度为1 (im到100 ium，例如10jLim到30jum。如果需要，第一电极3也可由导电聚合物材料 形成。可选地，所述纳米棒可包括电绝缘材料，例如聚合物材料，该电绝缘 材料由导电壳覆盖以形成电极3。例如，可以在衬底上形成导电层，因而在所 述纳米棒周围形成导电壳从而形成电极3。聚合物纳米棒例如塑料纳米棒，可 通过在模具中模塑聚合物衬底来形成在该村底的一个表面上的纳米棒，或者 通过冲压该衬底的一个表面来形成纳米^f奉。光电材料7围绕纳米棒电极3的至少下部，如图1A和图1B所示。PV 材料7可包括任何适当小的薄膜半导体材料，该薄膜半导体材料能响应于曰 光的辐照而产生电压。例如，PV材料可包括无定形无机体薄膜(bulk thin film) 半导体材料、单晶无机体薄膜半导体材料或多晶无机体薄膜半导体材料，例如硅(包括无定形硅)、锗或化合物半导体，例如Ge、 SiGe、 PbSe、 PbTe、 SnTe、 SnSe、 Bi2Te3、 Sb2Te3、 PbS、 Bi2Se3、 GaAs、 InAs、 InSb、 CdTe、 CdS 或CdSe以及它们的三元化合物和四元化合物。所述PV材料也可以是半导体 纳米颗粒层，例如量子点。PV材料膜7可包括一层或一层以上的相同或不同 的半导体材料。例如，PV材料膜7可包括用相反导电类型(即，p和n)的 掺杂物掺杂的两种不同导电类型的层以形成pn结。这样就形成了 pn结型PV 电池。如果需要，在p型区域和n型区域之间可设置本征半导体区域以形成 p-i-n型PV电池。可选地，PV材料膜7可包括两层具有相同或不同导电类型 的不同的半导体材料以形成异质结。可选地，PV材料膜7可包括单层材料以 形成肖特基结型PV电池(即， 一种如下所述的电池该电池中的PV材;阡与 电极一起形成肖特基结而不必须利用pn结)。有机半导体材料也可用于PV材料7。有机材料的例子包括光电聚合物(包 括半导体聚合物)、诸如染料的有机光敏分子材料或者诸如生物半导体材料的生物光敏材料。光敏意指响应于太阳辐射的辐照而产生电荷载流子(即，电 流)的能力。有机材料和聚合物材料包括聚苯撑本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电池，包括：　　　　第一电极；　　　　被设置与所述第一电极接触的第一纳米颗粒层；　　　　第二电极；　　　　被设置与所述第二电极接触的第二纳米颗粒层；以及　　　　位于所述第一纳米颗粒层和所述第二纳米颗粒层之间并且与所述第一纳米颗粒层和所述第二纳米颗粒层接触的光电材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：克日什托夫肯帕，迈克尔诺顿，
申请(专利权)人：索拉斯特公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]