[發明專利]包含第Ⅳ-Ⅵ族半導體核-殼納米晶的光伏電池

無效

• 申請號: 200880120105.3
• 申請日: 2008-12-14
• 公開（公告）號: CN102308393A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: E·利弗斯茲;V·依拉利斯
• 申請（專利權）人: 泰克尼昂研究開發基金有限公司;默克專利股份公司
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/0232;H01L31/032;H01G9/20;H01L31/055
• 代理公司: 北京市鑄成律師事務所 11313
• 代理人: 于曉霞

技術領域

本發明涉及包含作為光活性成分的第IV-VI族核-殼或核-合金化殼半導體納米晶光伏電池，其中所述納米晶可以是球形或棒形。

背景技術

光伏電池(PVC)使用半導體將光能轉化為電流，被認為是實現可持續能源的關鍵技術之一。所謂“第一代”PVC基于結晶Si的單p-n結，表現出15-20％的能量轉換效率(η)，從而接近31％的理論能量轉換效率極限(Shockley和Queisser，1961)。

結晶Si低劣的吸收性能及其生產成本導致了開發基于薄膜技術，采用非晶-、多晶-或微晶-Si(Fujiwara和Kondo，2007)、碲化鎘(CdTe)(Gur等人，2005；Zhong等人，2007)、銅(鎵)銦硒化物/硫化物(CIS)(Durisch等人，2006)或GaAs基多結(Hannappel等人，2007)的第二代PVC。采用蒸發技術，或卷-到-卷工藝在大面積襯底上制備均勻薄膜是挑戰性的任務并且相當昂貴。因此，第二代備選方案既不能超越η＝31％的理論極限，也基本上沒有降低按$/千瓦時的電輸出計的制造成本。

第三代PVC想要實現類似的轉換效率，采用能夠降低$/千瓦時成本的高質量吸光材料。第三代PVC包括染料敏化PVC(Bach等人，1998；Gratzel，2007；Plass等人，2002)、基于聚合物的PVC(Brabec等人，2001)和半導體納米晶PVC(Nozik，2002；Huynh等人，2002)。基于染料和基于聚合物的PVC受困于低劣的光穩定性。由此，最有希望的PVC應依賴于將半導體納米晶裝入僅基于無機成分的電池中(Law等人，2008，Koleilat等人，2008)。

US?20080142075公開了一種光伏器件，包含第一和第二電極(其中至少一個電極是對全部或部分太陽光譜基本上為透明的透明電極)以及布置在所述第一和第二電極之間的光活性層，其中所述光活性層包含第一亞層和第二亞層，第一亞層包含具有第一帶隙的第一光活性納米顆粒，第二亞層包含具有小于所述第一帶隙的第二帶隙的第二光活性納米顆粒，其中所述第一亞層布置在比所述第二亞層更靠近所述透明電極的地方。

US?20080230120公開了光伏器件，包含由表現出吸收基本在太陽光譜的可見區域內的輻射的半導體材料組成的第一光活性層；由表現出吸收基本在太陽光譜的IR區域內的輻射的納米結構材料組成的第二光活性層；以及布置在第一和第二層之間并構建為促進第一與第二層之間的電荷傳輸的復合層。該專利公布進一步公開了光伏器件，包含由表現出吸收基本在太陽光譜的可見區域內的輻射的半導體材料組成的第一光活性層；由表現出吸收基本在太陽光譜的UV區域內的輻射的納米結構材料組成的頂部光活性層；布置在第一和頂部層之間并構建為促進第一和頂部層之間的電荷傳輸的復合層；由表現出吸收基本上在太陽光譜的IR區域內的輻射的納米結構材料組成的底部光活性層；以及布置在第一和底部層之間并構建為促進第一和底部層之間的電荷傳輸的第二復合層。

WO?2008/054845公開了一種光伏器件，包含：第一電極和第二電極，其中至少一個電極對太陽輻射是透明的；以及所述第一電極和所述第二電極之間的光活性層，該光活性層與所述第一電極電子導電相通，并與所述第二電極空穴導電相通，其中所述光活性層包含光活性納米結構，所述光活性納米結構包含碳納米管(CNT)和光敏納米顆粒。

US?2008/0216894?A1公開了沉積具有不同尺寸的半導體納米晶亞層，其在PVC中安裝在光活性層外面，允許收集可見區域中的光，改善功率量子效率。該專利特別公開了(i)有機光伏器件，其包含至少一個量子點層(其中量子點層上的入射輻射紅移形成紅移的輻射)和至少一個吸收紅移的輻射的活性層；(ii)器件，其包含至少一個有機光伏活性層，至少一個陽極、至少一個陰極以及任選地，至少一個附加層，其中該器件進一步包含不在該活性層中的量子點；和(iii)有機光伏器件，其包含至少一個納米結構層(其中量子點層上的入射輻射紅移形成紅移的輻射)和至少一個吸收紅移的輻射的有機活性層。

WO?2006/110919及其相應的美國公布第20070099359號公開了將光轉換為載荷子的PVC，其包含：陽極和陰極，其中所述陽極和陰極中的至少一個是透明的；布置在所述陽極和陰極之一上的半導體納米晶層，當受到足夠能級的光照射時，該半導體納米晶層能夠產生載流子倍增，由此每一個來自所述光線中的單個吸收光子能生成超過一個的電子-空穴對；以及集電元件，其中所述集電元件電連接到所述陽極或陰極上，以便從該電池中移出載荷子。