[發明專利]包括六邊形晶體的納米結構的光電器件

在審

• 申請號: 201080069951.4
• 申請日: 2010-09-09
• 公開（公告）號: CN103283044A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 金-弗朗索斯·古伊萊莫萊斯;帕·奧爾松;朱利恩·維達爾;亞歷山大·弗勒恩德利奇
• 申請（專利權）人: 法國電力公司;國家科學研究中心;休斯頓大學
• 主分類號: H01L33/18
• 分類號: H01L33/18;H01L33/34;H01L31/036;H01L31/028;H01L31/0312
• 代理公司: 上海天協和誠知識產權代理事務所 31216
• 代理人: 童錫君

本發明涉及諸如光電傳感器之類的光電器件，例如激光器或二級管或光伏電池之類的發光器件。

諸如大規模光伏電池之類的光電器件的開發需要使用薄膜技術，以便節省原材料和提高產量。

大多數光電器件使用硅半導體元件。硅確實是一種在技術上能很好掌控的富裕元素。

但是，硅的類金剛石晶體結構使之具有較小的吸收系數，尤其是在可見光頻譜范圍之內。硅的這種較弱的吸收特性導致需要使用較厚(大約200μm)的材料來制作有效的光電器件，例如光伏電池。

這就使得近期硅的價格隨著硅晶體需求的增加而增加(持續了幾十個世紀)。

此外，使用較大厚度的材料就需要使用非常純和結晶很好的硅，并因此增加工藝的難度，構成降低成本的主要障礙。

其它材料也可以用于生產薄膜型光電器件，例如具有幾微米量級的激勵層的光伏電池。

例如，可以在激勵層中使用a-Si:H材料來替代晶體硅。然而，由a-Si:H替換晶體硅所獲得的光電器件的效率不如包括由晶體硅所構成的激勵層的器件。

CdTe、CIGS激勵層的使用還存在著一些開發技術不完善和使用稀有元素的缺點。

因此，需要包括特殊材料的激勵層的光電器件，這種特殊材料是富裕、廉價、高效的且其可見光吸收系數大于晶體硅的可見光吸收系數。

本發明的目的在于提供這類改進的光電器件。

本發明涉及一種光電器件，包括：

-第一導電層(22)，例如第一半導體接觸層，

-第二導電層(24)，例如第二半導體接觸層，

-在第一導電層和第二導電層之間的激勵層(26)，其中

在第一半導體接觸層與第二半導體接觸層之間的激勵層，所述激勵層包括選自碳族的元素或其合金的六邊形類型晶體的納米尺寸結構。

發明人已經觀察到，選自碳族的元素或其合金的六邊形晶體在近紅外的范圍內的光吸收效率是相同元素的金剛石晶體的10至100倍，其介于在1至2eV之間。

因此，根據本發明的光電器件的激勵層的效率增加并且激勵層較使用多晶或金剛石晶體類型的硅可以更薄和更便宜。

根據本發明的其它實施例，本發明的器件可單獨或組合包括下述特征：

-至少部分的六邊形晶體的納米結構具有層狀結構，

-至少部分的六邊形晶體的納米結構具有單纖維結構，

-至少部分的六邊形晶體的納米結構具有點狀結構，

-至少部分的六邊形晶體的納米結構具有至少一個方向例如軸向的或縱向的應力，

-激勵層具有大于或等于10nm的厚度以及小于或等于1000nm的厚度，

-所述碳族元素為硅，

-第一導電層的電子親和力小于激勵層的電子親和力以及第二導電層的電離能大于激勵層的電離能，

-光電器件還包括在激勵層和第一導電層之間的第一阻隔層，其具有的電子親和力大致等于激勵層的電子親和力以及電離能小于激勵層的電離能，光電器件還包括在激勵層和第二導電層之間的第二阻隔層，其具有的電子親和力大于激勵層的電子親和力以及電離能大致等于激勵層的電離能，

-電子器件構成為光伏電池，

-電子器件構成為光電轉換器，

-第一導電層的電子親和力大于激勵層的電子親和力以及第二導電層的電離能小于激勵層的電離能，

-所述光電器件還包括在激勵層和第一導電層之間的第一阻隔層，其具有的電子親和力大致等于第一半導體接觸層的電子親和力以及電離能小于激勵層的電離能，光電器件還包括在激勵層和第二導電層之間的第二阻隔層，其具有的電子親和力大于激勵層的電子親和力以及電離能大致等于第二導電層的電離能，

-第一阻隔層的電子親和離小于第二阻隔層的電子親和力以及第一阻隔層的電離能小于第二阻隔層的電離能，

-光電器件構成為發光器件，例如二極管或激光器，

-第一和/或第二阻隔層為不摻雜的半導體或絕緣層。

本發明的主要特性及其發明結構和其操作，將通過下文中的非限制性附圖和實施例的闡述變得明晰，其中相同的附圖標記表示相似的部分，附圖包括：

圖1示出了硅的不同晶體項的吸收系數；

圖2示出了根據本發明第一實施例的光電器件的結構；

圖3示出了根據本發明第二實施例的光電器件的結構；以及，

圖4至圖6示出了根據本發明光電器件的結構的實例。