一种光电池，该光电池包括第一电极、第二电极和位于所述第一电极和所述第二电极之间并且与所述第一电极和所述第二电极电接触的光电材料。所述光电材料包括：ｉ）具有带隙显著小于太阳辐射峰值能量以响应于太阳辐射的辐照而呈现多激子效应的半导体纳米晶体；和／或ｉｉ）第一组半导体纳米晶体和第二组半导体纳米晶体，并且所述第一组纳米晶体具有与所述第二组纳米晶体不同的带隙能量。在从所述第一电极到所述第二电极的方向上的所述光电材料的宽度小于约２００纳米，并且在与所述光电材料的宽度大致垂直的方向上的所述光电材料的高度至少为１微米。
【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，涉及包含具有 多带隙或者呈现多激子效应的光电材料的光电池。
技术介绍
在纳米快"t艮的2006年第6巻第3期的第424-429页，有一篇由Schaller等人写 的题目为"Seven Excitons at a Cost of One: Redefining the Limits for Conversion Efficiency of Photons into Charge Carriers"的文章，该文章通过《1用全部并入本 文中。这篇文章描述了所谓的"多激子"效应，在该"多激子"效应中，入 射在光电(PV)材料上的一个光子产生不止一对电荷载流子，即，不止一个 激子(即，不止一对电子-空穴对)。所述多激子效应是PV材料的更普遍的"载 流子倍增，，效应的一种，所述PV材料中的光生电荷载流子包括不止一个激子。 人们相信Schaller描述的PV材料包括PbSe纳米晶体(有时也被称为单晶纳米粒 子或者量子点)，该PbSe纳米晶体的平均直径小于30nm，例如大约20nm。 PbSe 在导带和价带之间具有大约0.3eV的间隙(即，带隙)，比太阳辐射的峰值发 射能量小许多倍。通过使用具有能量等于PbSe带隙能量的7.8倍(即，0.3eV x 7.8=2.34eV,在大约530nm的绿色波长范围内的太阳辐射峰值能量)的辐射来 辐照小带隙纳米晶体，这篇文章的作者能使每一个入射光子在纳米晶体中产 生7个激子，并且，伴随着能量转换效率11达到65%,量子效率接近700%。这 篇文章暗示出当入射辐射的能量大于PV材料的带隙能量的2.9倍时发生多激 子凌丈应。美国已公布专利申请2004/0118451描述了具有提高了效率的体多结PV装 置。该PV装置包括半导体材料中的两个或两个以上p-n结电池。该多结电池可 由分别具有1.85eV/1.43eV/0.7eV带隙的GalnP/GaAs/Ge材料制成。可选地，每 种电池可包括InGaN材料中的p-n结，在每种电池中，所述InGaN材料具有不同 的In与Ga的比率，从而为每种电池提供不同的带隙。
技术实现思路
本专利技术的实施方式提供一种光电池，所述光电池包括第一电极、第二电 极和位于所述第一电极和所述第二电极之间并且与所述第一电极和所述第二 电极电接触的光电材料。所述光电材料包括i)具有带隙显著小于太阳辐射 峰值能量以响应于太阳辐射的辐照而呈现多激子效应的半导体纳米晶体；和/或ii)第一组半导体纳米晶体和第二组半导体纳米晶体，其中，所述第一组纳 米晶体具有与所述第二组纳米晶体不同的带隙能量。在从所述第 一电极到所述第二电极的方向上的所述光电材料的宽度小于约200nm，并且，在与所述光 电材料的宽度大致垂直的方向上的所述光电材料的高度至少为1 ju m。附图说明图1A是根据本专利技术的一种实施方式的PV电池的三维示意图。图1B和图1D 是才艮据本专利技术的实施方式的PV电池的能带图的示意图。图1C是图1B的PV材料 的能带之间的辐射跃迁的示意图。图2是才艮据本专利技术的一种实施方式的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的一种实施方式的PV电池阵列的多腔设备 的俯^L示意图。图3B-3G是在图3 A的设备中形成PV电池阵列的方法的各步骤的侧视截面图。图4A是完整的多层PV电池阵列的侧视截面图。图4B是所述阵列的电路原 理图。图5A-5H示出形成图4A的PV电池阵列方法中的各步骤的侧视截面图。图6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示出根据本专利技术的第一实施方式的光电池1。该光电池l包含第一电 极或内部电极3、第二电极或外部电极5和位于所述第一电极和第二电极之间 并且与所述第一电极和第二电极电接触的光电(PV)材料7。在从第一电极3 到第二电极5的方向上(即，在图1A中从左到右)的光电材料的宽度小于约 200nm,例如100nm或者更小，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中的垂直方向)的光电材料的高度ll至 少为ljim,例如2jim到30jam,例如10jim。术语"大致垂直"包括空心圆 柱形PV材料7的绝对垂直方向，还包括空心稚形PV材料的偏离垂直线1度到45 度的方向，所述空心推形PV材料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1上的入射太阳辐射大致 垂直的方向上延伸。在图1A中，所述入射太阳辐射(即，日光)是用来以相 对于水平宽度9的方向大约70度到110度的角度照射PV材料7，例如85度 到95度。优选地，宽度9足够小以充分阻止在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 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、 电才及5。例如，优选地，入射光子的至少40% (例如40%-100%)纟皮转换成光 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%-100%)转换成电荷载流子。因此，PV材料7的高度11 优选地足够大以收集所有的太阳辐射。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11比半导体材料中的最长光子 穿透深度大。这种高度大约为ljam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，但不是必须地，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、金属合金纳米线，例如钼纳米线、铜纳米线、镍纳米线、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。所述纳米一奉可以是直径为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l;am到100 jum，例如lOjam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本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种光电池，包括： 第一电极； 第二电极；以及 包括位于所述第一电极和所述第二电极之间并且与所述第一电极和所述第二电极电接触的半导体纳米晶体的光电材料； 其中： 所述半导体纳米晶体包括下列至少之一： ａ） 具有带隙显著小于太阳辐射峰值能量的半导体纳米晶体，因而所述光电材料响应于太阳辐射的辐照而呈现多激子效应；或者 ｂ）包括第一组半导体纳米晶体和第二组半导体纳米晶体的半导体纳米晶体，其中，所述第一组纳米晶体具有与所述第二组纳米晶体不同的带 隙能量； 在从所述第一电极到所述第二电极的方向上的所述光电材料的宽度小于约２００纳米；以及 在与所述光电材料的宽度大致垂直的方向上的所述光电材料的高度至少为１微米。
【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，任志峰，
申请(专利权)人：索拉斯特公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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