專利名稱：納米顆粒敏化的納米結(jié)構(gòu)的太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
大體上，本發(fā)明涉及光伏電池(photovoltaic cell)領(lǐng)域或者太陽能電池 領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及使用納米結(jié)構(gòu)與包括不同的尺寸和不同的組分 的納米顆粒以形成光伏器件的光敏納米顆粒的光伏器件。
背景技術(shù)：
不斷增長的油價已經(jīng)增加了發(fā)展經(jīng)濟(jì)劃算的可再生能源的重要性。全世 界正在進(jìn)行重要的努力以發(fā)展經(jīng)濟(jì)劃算的太陽能電池從而獲得太陽能?？梢?將目前的太陽能技術(shù)主要分類為晶體硅和薄膜技術(shù)。超過90 %的太陽能電池 由硅一單晶硅、多晶硅或者非晶硅制造。
歷史上，晶體硅(c-Si)已經(jīng)在大多數(shù)太陽能電池中用作吸光半導(dǎo)體， 盡管它是相對較差的光吸收體并且需要相當(dāng)大的厚度(幾百微米)的材料。 然而，它被證明是方便的，因為它給出具有良好效率(12-20%，理論最大 值的一半到三分之二 )的穩(wěn)定的太陽能電池并且使用從孩i電子工業(yè)的知識庫 (knowledge base )中發(fā)展的工藝技術(shù)。
在工業(yè)上使用兩種類型的晶體硅。第一種是單晶硅，其通過從高純度的 單晶硅錠(single crystal boule )切割晶片(大約150mm的直徑和350微米 厚)來制造。第二種是多晶硅，其通過將硅的鑄塊(cast block)首先切割成 棒(bar)然后到晶片而制造。晶體硅電池制造的主要趨勢是向多晶技術(shù)的方 向發(fā)展。對于單晶硅和多晶硅，通過將磷(n型摻雜物)擴(kuò)散到硼摻雜的(p 型)Si晶片的頂表面中來形成半導(dǎo)體p-n結(jié)。絲網(wǎng)印刷的接觸應(yīng)用到電池的 前部和后部，前部接觸圖案特別設(shè)計成允許最大量的光暴露到硅材料而電池 中電(電阻的)損失最小。
硅太陽能電池非常昂貴。制造成熟但不能帶來顯著的成本降低。硅并不 是用于太陽能電池的理想材料，因為它主要吸收太陽光譜的可見區(qū)域從而限 制了轉(zhuǎn)換效率(conversion efficiency )。
第二代太陽能電池技術(shù)基于薄膜。兩種主要的薄膜技術(shù)是非晶硅和
5CIGS。
非晶硅(a-Si)在二十世紀(jì)八十年代被認(rèn)為是僅有的薄膜光伏(PV)材料。 但是在那個十年末以及在二十世紀(jì)九十年代初，由于其低效率和不穩(wěn)定性它 被許多研究者所放棄。但是，非晶硅技術(shù)已經(jīng)在發(fā)展對這些問題的非常復(fù)雜
(sophisticated)的解決方案上取得很好的進(jìn)展多節(jié)構(gòu)造(multijunction configuration )?，F(xiàn)在，商業(yè)的多節(jié)a-Si模塊的效率能夠在7%-9%的范圍內(nèi)。 United Solar System Corporation和Kanarka計劃已經(jīng)建造了 25MW的制造i殳 施，幾個公司已經(jīng)宣布了在日本和德國建造制造工廠的計劃。BP Solar和 United Solar System Corporation計劃在不久的將來建造10MW的設(shè)施。
a-Si技術(shù)的關(guān)鍵障礙是低效率(穩(wěn)定的大約11% )、光誘導(dǎo)效率退化
(light-induced e伍ciency degradation)(這需要更復(fù)雜的電池設(shè)計，例如多節(jié)) 以及工藝成本(制造方法是基于真空的并且相當(dāng)緩慢)。所有這些問題對制 造經(jīng)濟(jì)劃算的a-Si模塊的潛力都是重要的。
由銅銦硒鎵(CIGS, Copper Indium Gallium Diselenide )吸收體制成的薄 膜太陽能電池有希望實現(xiàn)10-12%的高的轉(zhuǎn)換效率。與那些通過例如碲化鎘
(CdTe)或者非晶硅(a-Si)的其他薄膜技術(shù)取得的效率相比，CIGS太陽能 電池的紀(jì)錄的高效率(19.2%NREL)是到目前為止最高的。
這些破記錄的小面積器件已經(jīng)采用資本密集并且非常昂貴的真空蒸發(fā) 技術(shù)制造。在大面積的基板上制造均勻組分的CIGS膜是非常有挑戰(zhàn)性的。 這個限制也影響到通常非常低的工藝產(chǎn)率。由于這些限制，蒸發(fā)技術(shù)的實施 在薄膜太陽能電池和模塊的大規(guī)模、低成本的商業(yè)生產(chǎn)上并不成功并且無法
與今天的晶體硅太陽能模塊相竟?fàn)帯?br> 為了克服使用昂貴的真空設(shè)備的物理氣相沉積技術(shù)的限制，幾個公司已 經(jīng)開發(fā)了高產(chǎn)量的真空工藝(例如DayStar， Global Solar )和非真空工藝(例 如ISET,Nanosolar)用于制造CIGS太陽能電池。采用油墨技術(shù)(ink technology )，能夠以相對較低的資本設(shè)備費用實現(xiàn)非常高的活性材料利用率 (active material utilization )。并用的效果是用于薄膜太陽能器件的低成本的 制造工藝。CIGS能夠在柔性基板上制造，這樣使其能夠減小太陽能電池的 重量。CIGS太陽能電池的成本預(yù)期比晶體硅更低，使它們即使在較低的效 率下也有竟?fàn)幜?。CIGS太陽能電池的兩個主要問題是(l)沒有達(dá)到較高 效率的清晰的途徑；以及(2)高的處理溫度使其難以采用高速巻繞(rolltoroll)工藝，因此它們不能顯著地實現(xiàn)較低成本的結(jié)構(gòu)。
這些是當(dāng)前可用技術(shù)存在的顯著問題?，F(xiàn)在具有大于卯％的市場份額的 晶體硅太陽能電池非常昂貴。利用太陽能的晶體硅太陽能電池的費用大約為
25美分/千瓦時，與之相比的化石燃料為小于10美分/千瓦時。此外，安裝 太陽能板(solar panel)的資本費用(capital cost)非常高而限制了其使用率 (adoption rate )。晶體太陽能電池技術(shù)是成熟的，在不久的將來不太可能提 高性能或者成本的竟?fàn)幜Α７蔷Ч璞∧ぜ夹g(shù)適合于實現(xiàn)大量的生產(chǎn)制造，這 能獲得低成本的太陽能電池。此外，非晶硅和微晶硅太陽能電池只在可見區(qū) 域吸收。
下一代太陽能電池需要真正地實現(xiàn)高效率以及輕重量和低成本。兩個潛 在的候選者是(1 )聚合物太陽能電池和(2)納米顆粒太陽能電池。由于在 中等溫度(<150°C)下的巻繞工藝，聚合物太陽能電池具有低成本的潛力。 但是，聚合物有兩個主要的缺點(1)由于緩慢的電荷傳輸而引起的低效率； 以及(2)差的穩(wěn)定性-特別對紫外光(UV)。因此聚合物太陽能電池能夠 實現(xiàn)成為下一代太陽能電池所需的性能是不太可能的。用于下一代太陽能電 池的最有希望的4支術(shù)基于量子點(QD， quantum dot)納米顆粒。
幾個研究小組已經(jīng)開展了量子點基(quantum dot based)的太陽能電池
的實驗研究。大多數(shù)通常使用的量子點由諸如n-VI、 n-iv和m-v族的化
合物半導(dǎo)體制成。這些光敏量子點的一些實例是CdSe、 CdTe、 PbSe、 PbS 和ZnSe。
由在本領(lǐng)域中所描述的光敏納米顆粒制成的太陽能電池表現(xiàn)出非常低 的效率(<5%)。當(dāng)暴露給太陽光時，納米顆粒在產(chǎn)生電子空穴電荷對方面 非常有效。這些低效率的主要原因是電荷復(fù)合(charge recombination )。為了 在太陽能電池中實現(xiàn)高效率，電荷必須在它們一產(chǎn)生時就分開。復(fù)合的電荷 不產(chǎn)生任何光電流從而對太陽能電池的效率沒有貢獻(xiàn)。納米顆粒中的電荷復(fù) 合主要由于兩個因素(1)在納米顆粒上促進(jìn)電荷復(fù)合的表面態(tài)；以及(2) 緩慢的電荷傳輸。在后面的情形中，因為電荷緩慢地通過電子傳輸層和空穴 傳輸層，所以電荷復(fù)合與電荷傳輸速率相比通常更快。
理:汰術(shù)已經(jīng)凈皮嘗i式來去除表面態(tài)。(見Furis et al., MRS Proceedings, volume 784， 2004)這些技術(shù)顯示了在光致發(fā)光方面的改善但不能改善太陽能轉(zhuǎn)換效率，由于它們不影響空穴傳輸層和電子傳輸層的電荷傳輸特性。
本領(lǐng)域中已知的是Ti02層能夠用于快速的傳輸電子。染料敏化 (dye-sensitized)太陽能電池使用Ti02就是這個原因。透明的1102納米管 已經(jīng)在文獻(xiàn)中4皮報道了 ( Mor et al.， Adv. Funct. Mater.， 2005, 15, 1291-1296(2005))。這些1102納米管已經(jīng)用于制備染料敏化的太陽能電池。

發(fā)明內(nèi)容
光伏器件包括第一電極和第二電極，該兩個電極中的至少一個對太陽輻 射是透明的。包括電子導(dǎo)電納米結(jié)構(gòu)的第一層與第一電極電導(dǎo)通。包括光敏 納米顆粒的光活性層位于電子導(dǎo)電納米結(jié)構(gòu)附近。空穴傳輸層與光活性層和 第二電招j妻觸。也可以包括在空穴傳輸層和第一電極之間的阻擋層。
電子導(dǎo)電納米結(jié)構(gòu)可以是納米管、納米棒或者納米線。優(yōu)選的納米管由 1102制成。優(yōu)選的納米線由ZnO制成。
光敏納米顆粒可以是量子點、納米才奉、納米兩腳臺、納米三腳臺、納米 多腳臺或者納米線。在一些情況中，光敏納米顆粒共價地附著到納米結(jié)構(gòu)。 優(yōu)選的光l文納米顆粒包括CdSe、 ZnSe、 PbSe、 InP、 PbS、 ZnS、 Si、 Ge、 SiGe、 CdTe、 CdHgTe或者II-VI、 II-IV或III-V族材料。在一些實施例中， 在光伏器件中使用吸收來自太陽光譜的不同部分的輻射的第一納米顆粒和 第二納米顆粒。第一納米顆粒和第二納米顆?？梢栽诮M分、尺寸或者尺寸和 成分的組合上不同。
在另.一個實施例中，使用的第二光活性層含有與第 一層的納米顆粒相比 吸收來自太陽光譜的不同部分的輻射的納米顆粒。在第一光活性層和第二光 活性層中的納米顆?？梢栽诔煞帧⒊叽缁蛘叱叽绾统煞值慕M合上不同。
在一些實施例中，空穴傳輸層是諸如p型半導(dǎo)體聚合物的空穴傳輸聚合 物(conducting polymer )。 p型半導(dǎo)體聚合物的實例包括P3HT、 P30T、 MEH-PPV或者PEDOT。在其他的實施例中，空穴傳輸層是p型半導(dǎo)體。p 型半導(dǎo)體的實例包括p摻雜的Si、 p摻雜的Ge或者p摻雜的SiGe。在Si 的情況下，p型半導(dǎo)體可以是p摻雜的非晶硅、p摻雜的微晶硅或者p摻雜 的納米晶硅。在一些情況下，空穴傳輸層由兩層或多層p型半導(dǎo)體制成。p 型半導(dǎo)體層可以是p摻雜的硅層、p摻雜的鍺層和/或p摻雜的SiGe層。
光伏器件可以通過在第 一 電極上形成包括電子導(dǎo)電納米結(jié)構(gòu)的第 一層
8使得第一層與第一電極電導(dǎo)通而制成。然后，包括光敏納米顆粒的光活性層 形成在電子導(dǎo)電納米結(jié)構(gòu)上。然后，空穴傳輸層形成在光活性層上。第二電 極然后建立在空穴傳輸層上。第一電極和第二電極中的至少一個對太陽輻射 是透明的。在納米結(jié)構(gòu)或者空穴傳輸層形成之前，也可以并入阻擋層?？梢?采用不同的納米顆粒來制作光活性層以在該層中產(chǎn)生不同納米顆粒的隨機(jī) 分布。在另一個實施例中，光活性層由至少兩層的不同的納米顆粒制成。在 這個情況下，該方法包括在納米結(jié)構(gòu)上形成第一納米顆粒的層以及在第一納 米顆粒的層上形成第二納米顆粒的層。


圖1 (現(xiàn)有技術(shù))示出吸收和發(fā)射具有不同顏色的輻射的不同尺寸的納 米量子點。小點在光譜的藍(lán)端吸收而大尺寸的點在光譜的紅端吸收。
圖2 (現(xiàn)有技術(shù))示出由ZnSe、 CdSe和PbSe制成的分別吸收/發(fā)射UV、 可見和紅外(IR)的量子點。
圖3 (現(xiàn)有技術(shù))示出被覆以諸如三正辛基氧化膦(tri-n-octyl phosphine oxide， TOPO)的;容劑的納米顆粒。
圖4示出用R基功能化的納米顆粒。R基可以用Xa-Rn-Yb表示，其中X 和Y是諸如羧酸(-COOH)基、磷酸(-H2P04)基、磺酸(-HS03)基或胺 的反應(yīng)基團(tuán)，a和b是0或l，其中a和b之一為l, R是碳、氮或氧，n為 0-10或0-5。
圖5A-5F示出根據(jù)一個實施例的太陽能電池的形成。在圖5A中，鈦薄 膜沉積在已沉積在透明基板上的氟摻雜的氧化錫上。在圖5B中，在氟摻雜 的氧化錫上的Ti02納米管沉積在透明基板上。在圖5C中，帶有羥基功能基 的Ti02納米管沉積在已沉積在透明基板上的氟摻雜的氧化錫上。在圖5D中， 納米顆粒每丈化劑附著到Ti02納米管。在圖5E中，諸如ITO、 PEDOT等的透 明的空穴傳輸層沉積在納米顆粒敏化劑上。在圖5F中，電極層(ITO或者 金屬)沉積在納米顆粒敏化的Ti02納米管上，該納米顆粒敏化的Ti02納米 管在沉積在透明基板上的氟摻雜的氧化錫上。
圖6示出圖5F中的納米顆粒敏化的太陽能電池接收太陽光(100)以產(chǎn) 生電壓。
圖7示出帶有鈦金屬箔(metal foil)作為基板和電極的納米顆粒敏化的太陽能電池的另 一個實施例。
圖8示出帶有在氟^J參雜的氧化錫上的Ti02納米棒的納米顆粒敏化的太
陽能電池。
圖9示出帶有在鈦金屬箔上的Ti02納米棒的納米顆粒敏化的太陽能電 池的備選實施例。
圖IO示出圖6的太陽能電池的寬帶(broadband)的實施例，其中不同 尺寸和/或組分的量子點隨機(jī)分布在Ti02納米管上。
圖11示出圖7的太陽能電池的寬帶實施例，其中不同尺寸和/或組分的 量子點隨機(jī)分布在Ti02納米管上。
圖12示出圖9的太陽能電池的寬帶實施例，其中不同尺寸和/或組分的 量子點隨機(jī)分布在Ti02納米管上。
圖13示出圖8的太陽能電池的寬帶實施例，其中不同尺寸和/或組分的 量子點隨機(jī)分布在Ti02納米管上。
圖14示出圖6的太陽能電池的寬帶實施例，其中不同尺寸和/或組分的 量子點層位于Ti02納米管上。
圖15示出圖7的太陽能電池的寬帶實施例，其中不同尺寸和/或組分的 量子點層位于Ti02納米管上。
圖16示出圖8的太陽能電池的寬帶實施例，其中不同尺寸和/或組分的 量子點層位于Ti02納米管上。
圖17示出圖9的太陽能電池的寬帶實施例，其中不同尺寸和/或組分的 量子點層位于Ti02納米管上。
具體實施例方式
在此公開的光伏器件的實施例由兩個電極、包括電子導(dǎo)電納米結(jié)構(gòu)的第 一層、包括光^t納米顆粒的鄰近電子導(dǎo)電納米結(jié)構(gòu)的光活性層以及接觸光活 性層的空穴傳輸層組成。第一層與第一電極電導(dǎo)通?？昭▊鬏攲咏佑|光活性 層和第二電極。第一電極和第二電極中的至少一個對太陽輻射是透明的。
如這里所用的，術(shù)語"納米結(jié)構(gòu)"或"電子導(dǎo)電納米結(jié)構(gòu)"表示納米管、 納米棒、納米線等。電子導(dǎo)電納米結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是晶體的。通常，納米結(jié)構(gòu)由 寬帶隙的半導(dǎo)體材料制成，其中帶隙為例如1102的3.2eV。選擇納米結(jié)構(gòu)使 得它們的帶隙大于將要用在太陽能電池中的光敏納米顆粒的最大的帶隙(例
10如，>2.0eV)。
電子導(dǎo)電納米結(jié)構(gòu)能夠由例如二氧化鈦、氧化鋅、氧化錫、銦錫氧化物 (ITO)和銦鋅氧化物制成。納米結(jié)構(gòu)也可以由諸如碳納米管的其他的導(dǎo)電 材料制成。納米結(jié)構(gòu)能夠直接生長在金屬箔(metal foil )、玻璃基板或涂有 薄的諸如氟摻雜的氧化錫的導(dǎo)電金屬或金屬氧化物膜的塑料基板上。對于 Ti02纟內(nèi)米結(jié)構(gòu)，見例如Mor et al., "Use of Highly-Ordered Ti02 Nanotube Arrays in Dye-Sensitized Solar Cells." Nanoletters Vol.6 ， No. 2， pp. 215-218 (2005). Mor et al., Nanoletters Vol. 5， no. 1 ， pp. 191-195 (2005); Barghese et al" Journal of Nanoscience and Nanotechnology, no. 1， Vol. 5， pp. 1158-1165(2005》 and Paulose et al. Nanotechnology 17, pp. 1-3(2006)。對于ZnO纟內(nèi)米線，見 Baxter and Aydel， Solar Energy Material and Solar Cells 90, 607-622(2006); Greene, et al" Angew. Chem. Int. Ed. 42， 3031-3034(2003); and Law, et al" Nature Materials 4， 455-459(2005)。
能夠通過在本領(lǐng)域中已知的方法制備電子導(dǎo)電納米結(jié)構(gòu)。例如，Ti02 納米管能夠通過陽極氧化(anodize )鈦金屬膜或陽極氧化沉積在氟摻雜的氧 化錫上的鈦金屬膜而制成。導(dǎo)電納米結(jié)構(gòu)也可以通過采用由沉積在基板的種 子顆粒(seed particle )促進(jìn)的膠狀生長(colloidal growth)而制備。導(dǎo)電納米結(jié) 構(gòu)也可以通過諸如化學(xué)氣相沉積(CVD )和金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積 (MOCVD)的真空沉積工藝、諸如分子束外延(MBE)的外延生長方法等 來制備。
在納米管的情況下，納米管的外直徑范圍為從約20納米到100納米， 在一些情況下為從20納米到50納米并且在另 一些情況下為從50納米到100 納米。納米管的內(nèi)直徑可以/人約10納米到80納米，在一些情況下/人20納 米到80納米，在另一些情況下從60納米到80納米。納米管的壁厚可以為 10-25納米、15-25納米或者20-25納米。在一些情況下，納米管的長度 為100 - 800纟內(nèi)米、400 - 800納米或者200 - 400納米。
在納米線的情況下，直徑可以/人約100納米到約200納米并可以有50 -100微米長。納米棒可以具有從約2 - 200納米的直徑但是常常直徑為5 -100納米或者20- 50納米。它們的長度可以為20- 100納米，但是常常長度 在50 - 500納米或者20 - 50納米之間。
如這里所用，術(shù)語"納米顆粒"或者"光敏納米顆粒"表示當(dāng)暴露給太陽輻射時產(chǎn)生電子空穴對的光敏材料。光敏納米顆粒通常是納米晶體，例如
量子點、納米沖奉、納米兩腳臺(nanobipod)、納米三腳臺(nanotripod )、纟內(nèi) 米多腳臺(nanomultipod )或者納米線。
光每文納米顆粒能夠由包括II -VI 、 II -IV和III-V族材料的化合物半導(dǎo)體 制成。光敏納米顆粒的一些實例是CdSe、 ZnSe、 PbSe、 InP、 PbS、 ZnS、 CdTe、 Si、 Ge、 SiGe、 CdHgTe或者II-VI、 II-IV和III-V族材料。光敏納米 顆?？梢允呛诵突蛘吆?殼(core-shell)型。在核-殼納米顆粒中，核和殼由 不同的材料制成。核和殼都可以由化合物半導(dǎo)體制成。
量子點是優(yōu)選的納米顆粒。正如本領(lǐng)域中所知的，具有相同組分但具有 不同直徑的量子點在不同波長吸收和發(fā)射輻射。圖l示出由相同組分制成但 具有不同直徑的三種量子點。小量子點在光譜的藍(lán)色部分吸收和發(fā)射；而， 中等的和大的量子點分別在可見光譜中的綠色和紅色部分吸收和發(fā)射?？蛇x 地，如圖2所示，量子點可以為基本相同的尺寸但由不同的材料制成。例如， UV吸收的量子點能夠由硒化鋅(zinc selenide)制成；而，可見和IR量子 點能夠分別由硒化鎘(cadmium selenide)和石西化鉛(lead selenide)制成。具有不 同尺寸和/或組分的納米顆粒可以隨機(jī)地或者在層中使用以制造在(1) UV 和可見；(2)可見和IR或者(3)UV、可見和IR吸收的寬帶的太陽能電池。
光活性納米顆?？梢员桓男砸园ㄟB接劑(linker )Xa-Rn-Yb,其中X和 Y可以為i者^口羧酉吏基(carboxylic acid group )、石舞酉吏基(phosphonic acid group )、 石黃酉臾基(sulfonic acid group )或含胺基等的反應(yīng)基團(tuán)(reactive moiety )， a禾口 b獨立地為0或l，其中a和b中至少一個為1, R為諸如-CH2、 -NH-或-O-的含碳基、含氮基或含氧基，n為0-10或0-5。 一個反應(yīng)基團(tuán)可以與納米 顆粒反應(yīng)而另一個反應(yīng)基團(tuán)可以與納米結(jié)構(gòu)反應(yīng)。例如，當(dāng)將兩層納米顆粒 沉積在納米結(jié)構(gòu)上時，基層的納米顆粒能夠含有帶有能夠與金屬氧化物納米 結(jié)構(gòu)成4定的酸性官能團(tuán)(acid functionality )的連接劑。第二層的納米顆?？?以含有諸如胺基或者羥基(hydroyl group )的基本單元以與第一納米顆粒連 接劑的酸基形成酰胺鍵(amide bond)或酯鍵(ester bond)。連接劑也將納 米顆粒鈍化并增加它們的穩(wěn)定性、吸光性能和光致發(fā)光性能。它們也可以改
功能化的納米顆粒與納米結(jié)構(gòu)上的諸如羥基或其他的合適的反應(yīng)基反 應(yīng)以通過分子自組裝工藝(molecular self assembly process )沉積致密且連續(xù)的納米顆粒的單層。通過調(diào)整Xa-Rn-Yb的組分，在(l)納米結(jié)構(gòu)和納米顆 ?；?2)納米顆粒和另一納米顆粒的表面之間的距離能夠被調(diào)整到使促進(jìn) 電荷復(fù)合的表面態(tài)的效果最小化。這些表面之間的距離典型地為10?；蚋?小，優(yōu)選為5?；蚋　１３诌@個距離使得電子從納米顆粒到高度導(dǎo)電的納 米結(jié)構(gòu)隧穿通過這個間隙。這個容易的電子傳輸幫助減少電荷復(fù)合并導(dǎo)致有 效的電荷分離，這將導(dǎo)致有效的太陽能轉(zhuǎn)換。
如這里所用，"空穴傳輸層，，是優(yōu)先傳導(dǎo)空穴的電解質(zhì)(electrolyte )?？?穴傳輸層可以是(1 )包括諸如p型非晶或微晶的硅或鍺的p摻雜的半導(dǎo)體 材料的無才幾分子，(2 )諸如金屬-酜氰化合物(metal-thalocyanine )、芳胺(aryl amine )等的有機(jī)分子，以及(3 )例如聚亞乙基二氧噻吩 (polyethylenethioxythiophene， PEDOT )、 P3HT、 P30T和MEH-PPV的導(dǎo)電 聚合物。
在圖6中示出將前述納米結(jié)構(gòu)、納米顆粒和空穴傳輸層以及至少一個對 太陽輻射是透明的第一電極和第二電極結(jié)合的太陽能電池。根據(jù)實例1的方 案(protocol)制作這個太陽能電池并如在圖5A到5F中列出的。
應(yīng)該理解的是，含有電子導(dǎo)電納米結(jié)構(gòu)的第一層優(yōu)選地不是連續(xù)層。而 是，在一些情況中，該層由間隔的納米結(jié)構(gòu)制成。這樣便允許將光^:納米顆 粒引入到納米結(jié)構(gòu)之間。在此實施例中，納米結(jié)構(gòu)之間的距離考慮到納米顆 粒的尺寸也考慮到將要施加到納米結(jié)構(gòu)的納米顆粒的層的數(shù)目。
假設(shè)納米顆粒布置在納米結(jié)構(gòu)上，光活性層不需要為均勻的層，由于它 能夠符合納米結(jié)構(gòu)層的三維結(jié)構(gòu)的全部或部分并且可以為連續(xù)或不連續(xù)。
同樣地，空穴傳輸層具有符合位于其下的太陽能電池層的形狀以及與其 電接觸的電極的表面的結(jié)構(gòu)。在一些實施例中，空穴傳輸層與光敏納米顆粒 和第二電極接觸。
在優(yōu)選實施例中，阻擋層設(shè)置在整個導(dǎo)電層和第一電極之間。該層可以 在納米結(jié)構(gòu)形成期間同時制作，例如，當(dāng)Ti02納米管在鈦箔上制作時制作該層。
在一些實施例中，太陽能電池是能夠吸收不同波長的太陽輻射的寬帶太 陽能電池。當(dāng)被暴露到特定波長的光時，光敏納米顆粒產(chǎn)生電子-空穴對。 光敏納米顆粒的帶隙可以通過改變納米顆粒的顆粒尺寸或組分來調(diào)整。通過 將一定范圍的納米顆粒尺寸和一定范圍的用于制作納米顆粒的納米材料結(jié)合，可以實現(xiàn)對部分或整個太陽光譜的寬帶吸收。因此，在一個實施例中， 具有不同尺寸和/或組分的光敏納米顆粒的混合物可以在第 一層的納米結(jié)構(gòu) 上成層以制作諸如圖11到13列出的寬帶太陽能器件。
可選地，不同尺寸和/或組分的納米顆粒可以單獨形成每層響應(yīng)太陽光譜
的不同部分的多層。可以在圖14-17中發(fā)現(xiàn)這樣的太陽能電池的實例。在這 樣的實施例中，優(yōu)選地納米顆粒被分層使得最靠近納米結(jié)構(gòu)的層吸收比形成 第二層的材料所吸收的波長更長的輻射。如果存在第三層，優(yōu)選地第二層在 比第三層所吸收的波長更長的波長吸收，等等。 實例1
在圖6中示出納米顆粒敏化的太陽能電池。制造圖6中示出的太陽能電 池的必需的關(guān)鍵步驟在圖5A-5F中示出。通過采用本領(lǐng)域中已知的方法，合 適的透明基板(510)首先涂敷氟摻雜的氧化錫層(520)，接著通過磁控濺 射(magnetron sputtering )或其他的薄膜沉積工藝沉積300nrn到2微米厚的 鈦薄膜層(530 )。通過采用本領(lǐng)域中已知的方法，Ti膜(530)被陽極氧化 以及加熱處理以得到透明的Ti02納米管(540)。陽才及氧化條件被最優(yōu)化以 得到作用類似于絕緣體并且防止太陽能電池中陰極/陽極的短路的阻擋層 (550 )。 Ti02納米管表面含有羥基(-OH)功能基(560)。帶有適當(dāng)?shù)墓δ?基(-COOH、 -NH2、 -P04或者-S03H)的由諸如CdSe、 ZnSe、 PbSe、 InP、 PbS、 III-V材料的發(fā)光材料制成的納米顆粒與Ti02納米管反應(yīng)以得到納米顆 粒(570)敏化的Ti02納米管。如圖5D所示，納米顆粒通過由分子自組裝 工藝形成單層來修飾納米管。 -使用溶劑清洗來去除杠、散束縛的納米顆粒。由 于納米顆粒在Ti02納米管上的沉積由Ti02上的-OH功能基與納米顆粒功能 基(-COOH、 -NH2、 -P04、 -S03H)的反應(yīng)來控制，所以納米顆粒的厚度自 動地限制為幾個單層。然后，沉積空穴傳輸層(580)?？昭▊鬏攲涌梢詾橹T 如導(dǎo)電聚合物(例如PEDOT )的聚合材料。最后電極(透明或半透明)(590 ) -陂沉積以完成電池。如果半透明的電極(590)被沉積，那么然后電池會被 取向使得太陽光(100)落在圖6中的透明基板(510)上。當(dāng)陽光落在圖6 中示出的太陽能電池上時，電子空穴對由納米顆粒產(chǎn)生。這些納米顆?？梢?具有各種尺寸、幾何形狀和組分以覆蓋整個太陽光譜。由于發(fā)光的納米顆粒 直接附著到電子導(dǎo)電Ti02納米管，所以發(fā)生容易的電荷分離從而最小化任 何的電荷復(fù)合。期望圖6中示出的太陽能電池具有高效率并可以在相對于其他的薄膜和硅基技術(shù)的低成本下制造。 實例2
在圖7中示出納米顆粒敏化的太陽能電池的另一個實施例。制造太陽能 電池的必需的關(guān)鍵步驟類似于圖5A到5F中示出的，除了下面的以外。通過 采用本領(lǐng)域中已知的方法，鈦金屬箔(710)被陽極氧化以得到透明的Ti02 納米管(730)。最優(yōu)化陽極氧化的條件以得到作用類似于絕緣體并防止太陽 能電池中陰極/陽極的短路的阻擋層(barrier layer ) ( 720 )。 Ti02納米管(730 ) 的表面含有羥基(-OH)功能基。帶有適當(dāng)?shù)墓δ芑?-COOH、 -NH2、 -H2P04 或者-S03H)的由諸如CdSe、 ZnSe、 PbSe、 InP、 PbS、 III-V族材料的發(fā)光 材料制成的納米顆粒與Ti02納米管反應(yīng)以得到納米顆粒(750) ^:化的Ti02 納米管。然后，沉積空穴傳輸層(760)?？昭▊鬏攲涌梢詾橹T如導(dǎo)電聚合物 的聚合材料，例如PEDOT。最后沉積透明的導(dǎo)電氧化物層(770)以完成電 池。太陽能電池被取向使得太陽光(780)落在透明的導(dǎo)電氧化物層(770) 上。期望在圖7中示出的太陽能電池具有高效率并可以在相對于其他的薄膜 和硅基技術(shù)的低成本下制造。 實例3
圖8中示出了納米顆粒敏化的太陽能電池的另一個實施例。通過采用本 領(lǐng)域中已知的方法，合適的透明基板(810)首先涂敷氟摻雜的氧化錫層 (820 )，接著通過-茲控濺射或其他的薄膜沉積工藝沉積300nm到2微米厚的 鈦薄膜層。通過采用本領(lǐng)域中已知的方法，Ti膜被陽極氧化以及加熱處理以 得到透明的Ti02納米棒(840)。陽極氧化的條件被最優(yōu)化以得到作用類似 于絕緣體并防止太陽能電池中陰極/陽極的短路的阻擋層(850 )。 Ti02納米 棒表面含有羥基(-OH)功能基。帶有適當(dāng)?shù)墓δ芑?-COOH、 -NH2、 -H2P04 或者-S。3H)的由諸如CdSe、 ZnSe、 PbSe、 InP、 PbS、 III-V材料的發(fā)光材 料制成的納米顆粒與Ti02納米棒反應(yīng)以得到納米顆粒(870)敏化的Ti02 納米棒。納米顆粒通過由分子自組裝工藝形成單層來修飾納米棒。使用溶劑 清洗來去除松散束縛的納米顆粒。由于納米顆粒在Ti02納米棒上的沉積由 Ti02上的-OH功能基與納米顆粒功能基(-COOH、 -NH2、 -P04、 -S03H)的 反應(yīng)來控制，所以納米顆粒的厚度自動地限制為幾個單層的厚度?？昭▊鬏?層(880 )然后被沉積?？昭▊鬏攲涌梢詾橹T如導(dǎo)電聚合物的聚合材料，例 如PEDOT。最后沉積電極(透明的或半透明的)(890)以完成電池。如果半透明的電極(890)被沉積，那么然后電池會被取向使得陽光(100)落在 透明基板(810)上。當(dāng)陽光落在圖8中示出的太陽能電池上時，電子空穴 對由納米顆粒產(chǎn)生。由于納米顆粒直接附著到電子導(dǎo)電Ti02納米棒，所以 產(chǎn)生容易的電荷分離從而最小化電荷復(fù)合。 實例4
圖9中示出了納米顆粒敏化的太陽能電池的另一個實施例。通過采用本 領(lǐng)域中已知的方法，Ti金屬箔(910)被陽極氧化以得到透明的Ti02納米棒 (930 )。陽極氧化的條件被最優(yōu)化以得到作用類似于絕緣體的并且防止太陽 能電池中陰極/陽極的短路的阻擋層(920)。 Ti02納米棒(930)表面含有羥 基(-OH)功能基。帶有適當(dāng)?shù)墓δ芑?-COOH、 -NH2、 -H2P04或者-S03H) 的由諸如CdSe、 ZnSe、 PbSe、 InP、 PbS、 III-V族材料的發(fā)光材料制成的納 米顆粒與Ti02納米棒反應(yīng)以得到納米顆粒(950)敏化的Ti02納米棒。納米 顆粒通過由分子自組裝工藝形成單層來修飾納米棒。使用溶劑清洗以去除松 散束縛的納米顆粒。由于納米顆粒在Ti02納米纟奉上的沉積由Ti02上的-OH 功能基與納米顆粒功能基(-COOH、 -NH2、 -P04、 -S03H)的反應(yīng)來控制， 所以納米顆粒的厚度自動地限制為幾個單層的厚度?？昭▊鬏攲?960)然 后被沉積?？昭▊鬏攲涌梢詾橹T如導(dǎo)電聚合物的聚合材料，例如PEDOT。 最后諸如ITO的透明的導(dǎo)電層(970)被沉積以完成電池。太陽能電池被取 向使得陽光(980)落在透明的導(dǎo)電層(970)上。當(dāng)陽光落在圖9中示出的 太陽能電池上時，電子空穴對由發(fā)光的納米顆粒產(chǎn)生。由于納米顆粒直"l妻附 著到電子導(dǎo)電Ti02納米棒，所以產(chǎn)生容易的電荷分離從而使電荷復(fù)合最小 化。
實例5
在圖6的太陽能電池的一個備選的實施例中，采用實例l的方法，除了 下面的之外。在Ti02納米管形成之后，帶有合適的功能基的由Si、Ge或SiGe 制成的納米顆粒與Ti02納米管反應(yīng)以得到納米顆粒(570)敏化的Ti02納米 管。如圖6所示，Si、 Ge或SiGe納米顆粒(570)通過由分子自組裝工藝形 成單層來修飾納米管。
空穴傳輸層(580)然后被沉積?？昭▊鬏攲涌梢詾閜摻雜的Si或Ge。 當(dāng)使用Si納米顆粒時，期望使用p摻雜的Si。硅層可以為非晶硅或多晶硅。 空穴傳輸層可以通過采用用于制備Si或者Ge的薄膜的本領(lǐng)域中已知的方法來沉積。期望實現(xiàn)與空穴傳輸層保形地涂敷納米顆粒。這能夠通過利用原子
層沉積工藝或化學(xué)氣相沉積工藝沉積Si或者Ge薄膜來實現(xiàn)。Si和Ge薄膜 可以沉積在彼此的頂部以增大對光的吸收。在這樣的情況下，Si和Ge膜不 僅起到空穴傳輸層的作用還起到吸光層的作用?？昭▊鬏攲右部梢詾橛袡C(jī)半 導(dǎo)體或?qū)щ娋酆喜牧稀?br> 本實施例的另一版本是對圖6、 7、 8和9中的結(jié)構(gòu)的f務(wù)改以利用Si、 Ge或SiGe納米顆粒和/或p摻雜的Si和/或Ge作為空穴傳輸層。 實例6
帶有附著到建立在氟摻雜的氧化錫上的Ti02納米管的多尺寸的硅納米 顆粒的寬帶太陽能電池的實施例在圖10中示出。如果遵循實例1的方案， 則通過釆用本領(lǐng)域中已知的方法，合適的透明基板(1010)被沉積。但是， 帶有合適的功能基的由Si ( 1050)、 Ge ( 1060)或SiGe ( 1070)制成的不同 尺寸的納米顆粒與1102納米管(1040)反應(yīng)以得到納米顆粒的寬帶混合物 敏化的Ti02納米管。如圖10所示，不同尺寸和/或組分的納米顆粒(1050、 1060和1070)通過由分子自組裝工藝形成單層來修飾納米管。
然后，沉積空穴傳輸層(1080)?？昭▊鬏攲涌梢詾閜摻雜的Si或Ge。 當(dāng)使用Si納米顆粒時，期望使用p摻雜的Si。硅層可以為非晶硅或多晶硅。 空穴傳輸層可以通過采用用于制備Si或者Ge的薄膜的本領(lǐng)域中已知的方法 來沉積。Si和Ge薄膜可以沉積在彼此的頂部以增大對光的吸收。在此情況 下，Si和Ge膜不僅起到空穴傳輸層的作用還起到吸光層的作用。空穴傳輸 層也可以為有機(jī)半導(dǎo)體或?qū)щ娋酆喜牧稀?br> 本實施例的另一版本在圖11中示出。在此情況下，透明導(dǎo)電氧化物 (TCO)層(1190)沉積在空穴傳輸層(1180)的頂部并且太陽能電池一皮耳又 向使得太陽光落在TCO上。帶有在氟摻雜的氧化錫上的Ti02納米棒(或納 米線)的本實施例的另一版本在圖12中示出。帶有建立在鈦箔上的Ti02的 實施例的另一個版本在圖13中示出。納米棒可以通過包括膠體生長、化學(xué) 氣相沉積和MBE的本領(lǐng)域中已知的方法生長。 實例7
帶有在建立在氟摻雜的氧化錫上的Ti02納米管上分層的不同尺寸的硅 納米顆粒層的太陽能電池器件的實施例在圖14中示出。遵循示例1的方案， 除了下面的之外。在Ti02納米管(1440)形成之后，帶有合適的功能基的由Si、 Ge或SiGe制成的納米顆粒采用分子自組裝工藝^l皮沉積在Ti02納米 管上以得到多層納米顆粒(1450、 1460和1470)敏化的Ti02納米管。如圖 14所示，通過形成多層的納米顆粒，納米顆粒(1450、 1460和1470)來修 飾納米管。這些層中的每層都采用分子自組裝工藝單獨地沉積。每層可以含 有由Si或Ge制成的狹窄的尺寸范圍的納米顆粒。每層可以纟皮設(shè)計為吸收狹 窄范圍的太陽光譜。以這樣的方式層疊多層(1450、 1460和1470)以覆蓋 太陽光譜的期望部分(或全部)。層的數(shù)目范圍可以從2到10。期望層數(shù)目 最小以降低制造成本。通過調(diào)整在每層中使用的顆粒尺寸的范圍，可以設(shè)計 具有優(yōu)選的層的數(shù)目的太陽能電池。圖14中示出的實例具有三層，層1 (1450)在IR范圍吸收，層2 ( 1460)在可見光范圍吸收，層3 ( 1470)在 近紫外(near UV )范圍吸收。各種尺寸的Si和Ge的納米顆?？梢栽诖藢?施例中結(jié)合。
然后，沉積空穴傳輸層(1480)?？昭▊鬏攲涌梢詾閜摻雜的Si或Ge。 當(dāng)使用Si納米顆粒時，期望使用p摻雜的Si。硅層可以為非晶硅或多晶硅。 空穴傳輸層可以采用用于制備Si或Ge薄膜的本領(lǐng)域中已知的方法來沉積。 空穴傳輸層也可以為有機(jī)半導(dǎo)體或?qū)щ娋酆喜牧稀?br> 此實施例的其他版本在圖15、 16和17中示出。在圖15和17中，透明 導(dǎo)電氧化物(TCO )層(1590或1790 )被沉積在空穴傳輸層(1580或1780 ) 的頂部并且太陽能電池凈皮取向使得陽光落在TCO上。
具有在氟摻雜的氧化錫上的Ti02納米棒(或納米線)的此實施例的另一 版本在圖16中示出。
具有建立在鈦箔上的Ti02納米棒(或納米線)的實施例的另 一版本在圖 15中示出。納米棒可以通過包括膠體生長、化學(xué)氣相沉積和MBE的本領(lǐng)域 中已知的方法生長。 實例8
在另一個實施例中，示例l的方案修改如下。在Ti02納米管形成之后， 帶有合適的功能基的由II-V、 II-VI、 II-IV族制成的光敏納米顆粒與Ti02 納米管反應(yīng)以得到納米顆粒(590 )敏化的Ti02納米管。(見圖6 )這些納米 顆粒的實例包括CdSe、 CdTe、 ZnSe、 PbSe、 ZnS、 PbS。如圖6所示，納米 顆粒通過由分子自組裝工藝形成單層來修飾納米管。
空穴傳輸層(580)然后被沉積?？昭▊鬏攲涌梢詾橹T如Si或Ge的p摻雜半導(dǎo)體層。Si或Ge層可以為非晶或多晶?？昭▊鬏攲右部梢詾橹T如氧 化鋁、氧化鎳等的金屬氧化物層。空穴傳輸層可以通過采用用于沉積這些材 料的薄膜的本領(lǐng)域中已知的方法來沉積。例如，可以通過原子層沉積或化學(xué) 氣相沉積來沉積Si或Ge薄膜。Si和Ge薄膜可以沉積在4皮此的頂部以增大 對光的吸收。在此情況下，Si和Ge膜不僅起到空穴傳輸層的作用還起到吸 光層的作用?？昭▊鬏攲拥暮穸瓤梢员徽{(diào)整以使通過此層的空穴傳導(dǎo)的電阻 最小并且使光的吸收最大化。空穴傳輸層也可以為有機(jī)半導(dǎo)體或?qū)щ娋酆喜?料。
具有建立在鈦箔上的Ti02納米管的實施例的另一個版本在圖7中示出。 在此情況下，透明導(dǎo)電氧化物(TCO)層(770)沉積在空穴傳輸層(760) 的頂部并且太陽能電池被取向使得太陽光落在TCO上。具有在氟摻雜的氧 化錫上的Ti02納米棒(或納米線)的實施例的另一個版本在圖8中示出。 具有建立在鈦箔上的Ti02納米棒(或納米線)的實施例的另一個版本在圖9 中示出。納米棒可以通過包括膠體生長、化學(xué)氣相沉積和分子束外延(MBE) 的本領(lǐng)域中已知的方法生長。 實例9
在另一個實施例中，實例8的方案如下修改?？昭▊鬏攲佑蓀摻雜的諸 如Si或Ge的半導(dǎo)體層制成來替代Si或Ge的空穴傳輸層。
此實施例的其他版本在圖11、 12和13中示出。 實例10
在另一個實施例中，存示例6中描述的寬帶太陽能電池修改如下。在 Ti02納米管(1440)形成后(見圖14)，帶有合適的功能基的由II-V、 II-VI和II-IV族等制成的不同尺寸的光敏納米顆粒與Ti02納米管反應(yīng)以得到納 米顆粒(1450、 1460和1470)的寬帶混合物敏化的Ti02納米管。光敏納米 顆粒的實例包括CdSe、 ZnSe、 PbSe、 CdTe、 PbS等。納米顆粒的尺寸可以 在2-50nm范圍內(nèi)變化，優(yōu)選地從2 - 10nm。帶有適當(dāng)?shù)墓δ芑墓饷艏{ 米顆粒使用分子自組裝工藝沉積在Ti02納米管上以得到多層納米顆粒敏化
每層可以含有狹窄的尺寸范圍的光敏納米顆粒并可以設(shè)計成吸收狹窄范圍 的太陽光譜。多層(1450、 1460和1470)以此方式層疊從而覆蓋太陽光譜 的期望部分(或全部)。層的數(shù)目的范圍可以從2到10。期望最小數(shù)目的層以減少制造成本。通過調(diào)整在每層中使用的顆粒的尺寸范圍，可以設(shè)計具有
優(yōu)選數(shù)目的層的太陽能電池。在圖14中，層l ( 1450)在IR范圍吸收，層 2 ( 1460)在可見范圍吸收，層3 ( 1470)在近紫外范圍吸收。各種尺寸的 PbSe、 CdSe和ZnSe的納米顆?？梢越Y(jié)合以構(gòu)造在圖14中示出的多層結(jié)構(gòu)。 空穴傳輸層(1480)然后被沉積?？昭▊鬏攲涌梢詾閜摻雜的諸如Si 或Ge的半導(dǎo)體層。此層可以為非晶或多晶。Si和Ge薄膜可以沉積在彼此 的頂部以增大對光的吸收。Si和Ge膜不僅起到空穴傳輸層的作用還起到吸 光層的作用。空穴傳輸層的厚度可以被調(diào)整以使空穴傳導(dǎo)通過此層的電阻最 小化同時將光吸收最大化。空穴傳輸層也可以為有機(jī)半導(dǎo)體或?qū)щ娋酆喜?料。
本實施例的其他版本在圖15、 16和17中示出。
權(quán)利要求
1.一種光伏器件，其包括第一電極和第二電極，所述兩個電極中至少一個對太陽輻射是透明的；第一層，其包括電子導(dǎo)電納米結(jié)構(gòu)并與所述第一電極電導(dǎo)通；光活性層，其包括光敏納米顆粒并鄰近所述電子導(dǎo)電納米結(jié)構(gòu)；以及空穴傳輸層，其接觸所述光活性層和所述第二電極。
2. 如權(quán)利要求1所述的光伏器件，還包括在所述空穴傳輸層和所述第一 電極之間的阻擋層。
3. 如權(quán)利要求1所述的光伏器件，其中所述電子導(dǎo)電納米結(jié)構(gòu)包括納米 管、納米棒或者納米線。
4. 如權(quán)利要求3所述的光伏器件，其中所述納米結(jié)構(gòu)包括納米管。
5. 如權(quán)利要求4所述的光伏器件，其中所述納米管包括二氧化鈦。
6. 如權(quán)利要求1所述的光伏器件，其中所述光敏納米顆粒包括量子點、 納米棒、納米兩腳臺、納米三腳臺、納米多腳臺或納米線。
7. 如權(quán)利要求6所述的光伏器件，其中所述光敏納米顆粒是量子點。
8. 如權(quán)利要求1所述的光伏器件，其中所述光敏納米顆粒共價地附著到 所述納米結(jié)構(gòu)。
9. 如權(quán)利要求1所述的光伏器件，其中所述光敏納米顆粒包括CdSe、 ZnSe、 PbSe、 InP、 PbS、 ZnS、 Si、 Ge、 SiGe、 CdTe、 CdHgTe或者II —VI 、n-iv或in-v族材料。
10. 如權(quán)利要求i所述的光伏器件，其中所述光活性層包括吸收來自太 陽光譜不同部分的輻射的第 一納米顆粒和第二納米顆粒。
11. 如權(quán)利要求io所述的光伏器件，其中所述第一納米顆粒和第二納米 顆粒在組分上不同。
12. 如權(quán)利要求io所述的光伏器件，其中所述第一納米顆粒和第二納米 顆粒具有不同的尺寸。
13. 如權(quán)利要求IO所述的光伏器件，其中所述第一納米顆粒和第二納米顆粒在尺寸和組分上不同。
14. 如權(quán)利要求1所述的光伏器件，還包括第二光活性層，其中所述第一層和所述第二層吸收來自太陽光鐠的不同部分的輻射。
15. 如權(quán)利要求14所述的光伏器件，其中所述第一光活性層和所述第二 光活性層的所述納米顆粒在組分上不同。
16. 如權(quán)利要求14所述的光伏器件，其中所述第一光活性層和所述第二 光活性層的所述納米顆粒具有不同的尺寸。
17. 如權(quán)利要求14所述的光伏器件，其中所述第一光活性層和所述第二 光活性層的所述納米顆粒在尺寸和組分上不同。
18. 如權(quán)利要求1所述的光伏器件，其中所述空穴傳輸層包括空穴傳輸 聚合物。
19. 如權(quán)利要求18所述的光伏器件，其中所述空穴傳輸聚合物包括p 型半導(dǎo)體聚合物。
20. 如權(quán)利要求19所述的光伏器件，其中所述p型半導(dǎo)體聚合物包括 P3HT、 P30T、 MEH-PPV或者PEDOT。
21. 如權(quán)利要求20所述的光伏器件，其中所述聚合物包括PEDOT。
22. 如權(quán)利要求1所述的光伏器件，其中所述空穴傳輸層包括p型半導(dǎo)體。
23. 如權(quán)利要求22所述的光伏器件，其中所述p型半導(dǎo)體是p摻雜的 Si、 p摻雜的Ge或者p摻雜的SiGe。
24. 如權(quán)利要求22所述的光伏器件，其中所述p型半導(dǎo)體包括p摻雜的 非晶硅、p摻雜的微晶硅或者p摻雜的納米晶硅。
25. 如權(quán)利要求1所述的光伏器件，其中所述空穴傳輸層包括兩層或多 層的p型半導(dǎo)體。
26. 如權(quán)利要求25所述的光伏器件，其中所述p型半導(dǎo)體層包括p摻雜 的硅層、p摻雜的鍺層或p摻雜的SiGe層。
27. —種用于制造光伏器件的方法，包括在第一電極上形成包括電子導(dǎo)電納米結(jié)構(gòu)的第一層，其中所述第一層與 所述第一電極電導(dǎo)通；在所述電子導(dǎo)電納米結(jié)構(gòu)上形成包括光^:納米顆粒的光活性層；和 在所述光活性層上形成空穴傳輸層；以及 在所述空穴傳輸層上形成所述第二電極；其中所述第 一 電極和所述第二電極中的至少 一個對太陽輻射是透明的。
28. 如權(quán)利要求27所述的方法，還包括在形成所述納米結(jié)構(gòu)或者形成所述空穴傳輸層之前形成阻擋層。
29. 如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述光活性層的所述形成包括使用 不同的納米顆粒以制造包括所述不同的納米顆粒的隨機(jī)分布的光活性層。
30. 如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述光活性層包括至少兩層不同的一納米顆粒的層以及在所述第一納米顆粒的層上形成第二納米顆粒的層，其 中所述第一納米顆粒和第二納米顆粒是不同的。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種納米顆粒敏化的納米結(jié)構(gòu)的太陽能電池。本發(fā)明涉及光伏領(lǐng)域或者太陽能電池領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及使用金屬氧化物納米結(jié)構(gòu)與包括不同的尺寸和不同的組分的納米顆粒以形成光伏器件的光敏納米顆粒的光伏器件。
文檔編號H01L31/0296GK101411001SQ200780011092
公開日2009年4月15日 申請日期2007年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月16日
發(fā)明者戴莫德·雷迪 申請人:索萊贊特公司