本发明专利技术提出了包含多个层的外延晶片的光伏器件和发光二极管器件。量子点被从光入射方向沉积到微-纳结构层上以增加到有源层的光透射。量子点被沉积在光源与有源层之间，在微-纳结构层上，以改善光激发，因为其能够吸收未被有源层吸收的波长，并且量子点的尺寸和组成可确定其能带隙。由分子束外延（MBE）产生的在PV晶片底部处的微-纳结构层增加有源层中的内部光反射，这增加光吸收的效率并导致光电流增强。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】方法
本专利技术总体上涉及使用微米级和纳米级结构层、向该微-纳结构上沉积量子点并将非辐射能量传递用于能量转换的光伏器件和发光二极管器件的制造。
技术介绍
光伏是将太阳光直接转换成电的
太阳能电池是光伏(PV)技术的基本构造块。太阳能电池由诸如硅的半导体材料制成。使半导体最有用的其性质之一是可以通过向其晶格中引入杂质来容易地改变其传导率。在电池的一 侧上，作为具有五个价电子的杂质即磷原子，在另一侧上具有三个价电子的硼原子，它们产生比硅更大的吸引电子的亲合力。光伏电池的层是由半导体材料制成的，其应当是光响应的。这些材料包括I-III-VI 族、IV 组和 III-V 族以及 II-VI 半导体材料,诸如 CdTe、CdSe、CdS、CdO、ZnS 等。Chanyawadee, S.等人制造了一种混合式纳米晶体量子点图案化p-i-n结构，其利用从高度吸收性胶体纳米晶量子点到图案化半导体切片的非辐射能量传递来证明与裸P-i-n半导体器件相比的光电流转换效率的六倍的提高。异质结构是由p-i-n配置中的(100) GaAs衬底上的分子束外延生长的，其由20个周期的7. 5nm厚的GaAs量子阱与12nm厚的 A I GaAs 阻挡层组成(Physical Review Letters，102，077402，2009)。在Chanyawadee, S.等人的另一文章中(Applied Physics Letters, 94, 233502,2009)证实了在低25K和室温两者下由高度吸收性的胶体纳米晶(NC)和图案化块体p-i_n异质结构组成的混合式PV器件的光电流增强。图案化被设计成使胶体NC与p-i-n异质结构的本征区紧密接近，使得沉积的NC的激发能被借助于非辐射能量传递而高效地传递至图案化块体P-i-n异质结构。此混合式NC/块体p-i-n器件提供比来自他们上述先前工作的混合式NC/量子阱p-i-n PV器件高约两个数量级的光电流，并且释放高效率PV电池和光电子器件的潜力。Kiravittaya, S.等人提出了在InAs上使用InGaAs的尺寸为直径40_50nm和高度4-7nm的量子点(QD )，所述量子点有待用于PV应用，因为其具有较宽的谱响应、较好的温度稳定性和载流子存储特征的可能性(PV Conference 2000,28th IEEE Conf.，P 818-821，2000)。专利申请(W02008/137995)公开了一种改善的光伏器件和方法。光伏器件包括半导体层和光响应层，它们形成结例如P_n结。该光响应层可以包括位于其中的多个碳纳米结构，例如碳纳米管。在许多情形中，所述碳纳米结构可以在光响应层内提供导电通道。在其它光伏器件中，除所述碳纳米结构之外，还包括可采取多种形式的半导体纳米结构。还公开了制造光伏器件的方法。另一专利申请US 2008/0216894A1提出在光伏电池或太阳能电池中在活性层外侧使用纳米结构和量子点以改善效率及其它太阳能电池性能。特别地，有机光伏电池可以受益。可以在光源与活性层之间或者在与活性层的与光源相对的一侧上存在量子点层。还可以在电极层中使用量子点。现有技术提出在具有若干带隙和费米能级的太阳能电池的活性层中沉积若干QD层。特别地，QD的尺寸和组成能够确定其带隙和费米能级(US 2009/0255580A1)。专利申请(US 2008/0130120A1)提出光伏器件中的吸收IR和/或UV的纳米结构层会增加太阳能电池的效率。所述纳米结构材料与下列一种或多种集成晶体硅(单晶或多晶)太阳能电池和薄膜(非晶硅、微晶硅、CdTe, CIGS和III-V材料)太阳能电池，其吸收主要是在可见光区域中。纳米颗粒材料由各种尺寸的量子点、棒或多脚体(multipod)组成。专利技术详述包含阳极和阴极的电极系统，和光伏器件包含其中光能被吸收并被转换成电能的活性层，以及(如果需要的话)诸如衬底的机械支承系统和其它可选层如空穴注入层、空穴传输层、附加衬底、反射层、密封剂、阻挡层、粘合剂等。该光伏器件可以包含有机活性层成分，或者可以是混杂物(hybrid)。 量子点层包含一个或多个纳米颗粒。该层中的量子点可以是相同的材料，或者可以是包含两种或更多种材料的不同材料的混合物。例如，量子点层可包含三种或更多种不同的量子点材料。不同的点共同起作用以产生期望的结果。该层中的量子点可以是相同尺寸的，或者可以是各种尺寸的混合物。可以将不同的颗粒组合以提供混合物。颗粒尺寸和颗粒尺寸分布提供光吸收和光发射的期望荧光性质，与活性层的光吸收共同起作用。颗粒尺寸可以基于多种量子点。用减小的颗粒尺寸可以使光学吸收和发射移向蓝色。量子点可以显示出高能量或蓝光和UV光能量的宽广吸收，以及到吸收波长的红光的较窄发射。量子点层上的入射辐射被红移以形成红移辐射，并且活性层吸收红移辐射。量子点的红移是已知的。纳米结构在本领域中通常是已知的，并且量子点在本领域中通常也是已知的且可以与量子阱和量子线区别开。纳米结构包含纳米颗粒。纳米结构能够展现出荧光性质并包含荧光团。量子点可以是无机材料、金属材料，并且可以是半导体材料，包括但不限于例如来自II族、III族、IV族、V族或VI族的元素，包括II-VI和III-V材料。实例包含CdS、CdSe、CdTe、InP、InAs、ZnS、ZnSe、HgTe、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InSb、Si、Ge、AlAs、Al Sb、PbSe、PbS和PbTe。此外的实例有，InGaAs和InGaN、AlInGaP。特别地，吸收UV和蓝光范围的量子点在可见光或近红外区中发射，并且特别地能够使用CdS和CdSe。包含量子点的层能够吸收第一波长范围的辐射，并且可以展现出峰值或最大吸收，在某些有限情形中，以及肩峰、重叠峰和截止波长。可以由本领域中已知的方法来确定用于吸收的波长范围。第一波长范围可以包括与高效太阳能收集和到电功率的转换一致的吸收带。量子点层可以具有在约250nm至约2800nm的吸收峰。任何给定器件中的吸收波长和吸收峰的范围可以跨越以上极限内的任何范围。量子点层通常能够适合于吸收未被活性层吸收的光。例如，活性层可以吸收红光或近红外区中的光，并且量子点层能够在较短和较高能量或波长下进行吸收。量子点层然后能够重新发射在活性层的吸收光谱(abruption spectra)中的福射。可以选择量子点的最大发射波长以便与活性层的最大吸收波长重叠。可以使用包括载流子溶剂的湿法化学方式以胶体形式使用量子点。能够执行在流体溶剂中的均质成核。作为替代，可通过如下方式来形成量子点制造薄膜(例如，通过分子束外延(MBE)或化学气相沉积(CVD))和加热以将该膜转换成点形式，或者作为替代通过纳米光刻技术来形成量子点。许多现有技术面临激子复合、电荷传输和有限器件效率方面的困难。本专利技术针对于具有更大效率的外延晶片上的纳米结构层和量子点。在本专利技术中，将量子点用到光伏电池中的活性材料附近的非常薄的纳米结构层上以便收获更多的光从而将光子转换成电荷载流子。量子点具有许多在光伏装置中理想的物理性质，例如可调节的能带隙和费米能级。量子点的能带隙可与块体材料非常不同，因此量子点具有小的尺寸。通常，量子点的能本文档来自技高网...
【技术保护点】
【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：R·雅乌克，
申请(专利权)人：欧洲纳米投资股份公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。