[發明專利]具有隧穿勢壘嵌在無機基質中的量子點的中能帶光敏器件

有效

• 申請號: 200680052816.2
• 申請日: 2006-12-07
• 公開（公告）號: CN101375407A
• 公開（公告）日: 2009-02-25
• 發明（設計）人: 史蒂芬·R·福里斯特
• 申請（專利權）人: 普林斯頓大學理事會
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 車文;鄭立

1.一種太陽能電池器件，包括：

多個量子點，包括第一無機材料，每個量子點由第二無機材料覆蓋，所述被覆蓋的量子點被嵌入在第三無機材料的基質中，至少所述第一和第三無機材料是光導半導體，且第三無機材料的基質位于第一電極和第二電極之間，

所述第二無機材料，設置為隧穿勢壘，以要求所述第三無機材料中的導帶邊緣處的電子執行量子機械隧穿，從而到達各個被覆蓋的量子點內的第一無機材料，以及

第一量子態，位于每個量子點中的帶隙上面，所述每個量子點處于第三無機材料的導帶邊緣和價帶邊緣之間，且所述多個量子點的第一量子態的波函數重疊作為中能帶。

2.根據權利要求1所述的器件，所述量子點還包括第二量子態，其中，所述第二量子態在所述第一量子態上面，并在所述第三無機材料的導帶邊緣的±0.16eV的范圍內。

3.根據權利要求1所述的器件，所述隧穿勢壘的高度是所述第三無機材料的導帶邊緣和隧穿勢壘的峰值之間的能級差值的絕對值，

其中，所述隧穿勢壘的高度和電位分布以及覆蓋每個量子點的所述第二無機材料的厚度的組合對應于電子將從第三無機材料隧穿到各個被覆蓋的量子點內的第一無機材料中的在0.1和0.9之間的隧穿概率。

4.根據權利要求3所述的器件，其中，對于每個量子點，所述第二無機材料的覆蓋厚度處于0.1至10納米的范圍內。

5.根據權利要求3所述的器件，其中，所述隧穿勢壘的高度和電位分布以及覆蓋每個量子點的所述第二無機材料的厚度的組合對應于電子將從第三無機材料隧穿到各個被覆蓋的量子點內的第一無機材料中的在0.2和0.5之間的隧穿概率。

6.根據權利要求5所述的器件，其中，對于每個量子點，所述第二無機材料的覆蓋厚度處于0.1至10納米的范圍內。

7.根據權利要求1所述的器件，其中，所述第二無機材料晶格匹配所述第三無機材料。

8.根據權利要求1所述的器件，還包括處于層疊關系的無機p-型層和無機n-型層，將所述第三無機材料中嵌入的所述被覆蓋的量子點設置在p-型層和n-型層之間，其中，所述p-型層的導帶邊緣高于所述隧穿勢壘的峰值。

9.根據權利要求1所述的器件，其中，對于每個量子點，所述第二無機材料的覆蓋厚度在0.1至10納米的范圍內。

10.根據權利要求9所述的器件，其中，對于每個量子點，所述第二無機材料的覆蓋厚度等于不超過穿過各個量子點中心的所述第一無機材料的平均截面厚度的10％。

11.根據權利要求1所述的器件，其中，所述第一無機材料和所述第三無機材料每個都選自由III-V化合物半導體、II-VI化合物半導體、PbS、PbSe、PbTe、SiC及其三元和四元合金構成的組。

12.根據權利要求11所述的器件，其中，所述第二無機材料是選自由III-V化合物半導體、II-VI化合物半導體、PbS、PbSe、PbTe、SiC及其三元和四元合金構成的組的半導體。

13.根據權利要求11所述的器件，其中，所述第二無機材料是選自由氧化物、氮化物和氮氧化物構成的組的電絕緣體。

14.一種太陽能電池器件，包括：

第一電極和第二電極；以及

多個量子點，包括第一無機材料，每個量子點由第二無機材料覆蓋，所述被覆蓋的量子點被嵌入在第三無機材料的基質中，至少所述第一和第三無機材料是光導半導體，且第三無機材料的基質位于第一電極和第二電極之間，

所述第二無機材料，將所述第二材料設置為隧穿勢壘，以要求所述第三無機材料中的價帶邊緣處的空穴執行量子機械隧穿，從而到達各個被覆蓋的量子點內的所述第一無機材料，以及

第一量子態，位于每個量子點中的帶隙下面，所述每個量子點處于所述第三無機材料的導帶邊緣和價帶邊緣之間，且所述多個量子點的第一量子態的波函數重疊作為中能帶。

15.根據權利要求14所述的器件，所述量子點還包括第二量子態，其中，所述第二量子態在所述第一量子態下面，且在所述第三無機材料的價帶邊緣的±0.16eV內。